Razmotrimo u članku kako pronaći gustoću i što je to. U projektiranju mnogih konstrukcija i vozila uzima se u obzir niz fizičkih karakteristika koje određeni materijal mora imati. Jedna od njih je gustoća.
Masa i volumen
Dešifrirajte značenje dviju fizičkih veličina koje su izravno povezane s tim - to su masa i volumen. Prije nego odgovorimo na pitanje kako pronaći gustoću.
Masa je karakteristika koja opisuje inercijska svojstva tijela i njihovu sposobnost da međusobno privlače gravitaciju. Masa se mjeri u kilogramima u SI sustavu.
Koncepte inercijalne i gravitacijske mase prvi je u fiziku uveo Isaac Newton kada je formulirao zakone mehanike i univerzalne gravitacije.
Volume je isključivo geometrijska karakteristika tijela, koja kvantitativno odražava dio prostora koji zauzima. Volumen se mjeri u kubičnim jedinicama duljine, na primjer, u SI to je kubni metri.
Za tijela poznatog oblika(paralelepiped, lopta, piramida) ova vrijednost se može odrediti posebnim formulama, za predmete nepravilnog geometrijskog oblika volumen se određuje potapanjem u tekućinu.
Gustoća fizičke količine
Sada možete ići izravno na odgovor na pitanje kako pronaći gustoću. Ova karakteristika je određena omjerom tjelesne mase i volumena koji zauzima, a koji se matematički zapisuje na sljedeći način:
ρ=m/V.
Ova jednakost pokazuje jedinice ρ (kg/m3). Dakle, gustoća, masa i volumen povezani su jednom jednakošću, a vrijednost ρ za bilo koji materijal pokazuje volumnu koncentraciju njegove mase.
Dajmo jednostavan primjer: ako u ruku uzmete plastične i željezne kuglice iste veličine, onda će druga imati mnogo veću težinu od prve. Ova činjenica je posljedica velike gustoće željeza u usporedbi s onom plastike.
Jedna od glavnih manifestacija omjera gustoća u prirodi bit će uzgona tijela. Ako tijelo ima manju gustoću od tekućine, onda nikada neće potonuti u njemu.
Gustoća materijala
Kada se govori o gustoći određenih materijala, misli se na krute tvari. Plinovi i tekućine također imaju određenu gustoću, ali ovdje nećemo govoriti o njima.
Čvrsti materijali mogu biti kristalni ili amorfni. Vrijednost ρ ovisi o strukturi, međuatomskim udaljenostima te atomskoj i molekularnoj masi materijala. Na primjer, svi metali su kristali, a staklo ili drvo imajuamorfna struktura. Ispod je tablica gustoće različitih vrsta drva.
Napominjemo da je u ovom slučaju navedena prosječna gustoća. U stvarnom životu, svako drvo ima jedinstvene značajke, uključujući šupljine, pore i prisutnost određenog postotka vlage u drvu.
U nastavku je još jedna tablica. U njemu su u g/cm3 date gustoće svih čistih kemijskih elemenata koji su na sobnoj temperaturi.
Iz tabele se može vidjeti da svi elementi imaju gustoću veću od gustoće vode. Iznimka su samo tri metala - litij, kalij i natrij, koji ne tonu, već plutaju na površini vode.
Kako se eksperimentalno mjeri gustoća?
Zapravo, postoje dvije tehnike za određivanje karakteristike koja se proučava. Prvi je izravno vaganje tijela i mjerenje njegovih linearnih dimenzija.
Ako je geometrijski oblik tijela složen, tada se koristi takozvana hidrostatska metoda.
Njegova bit je sljedeća: prvo izvažite tijelo u zraku. Pretpostavimo da je rezultirajuća težina bila P1. Nakon toga tijelo se važe u tekućini poznate gustoće ρl. Neka težina tijela u tekućini bude P2. Tada će vrijednost gustoće ρ materijala koji se proučava biti:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Ovu formulu svaki učenik može dobiti sam ako uzme u obzir Arhimedov zakonza opisani slučaj.
Povijesno gledano, vjeruje se da je grčki filozof Arhimed prvi put upotrijebio hidrostatsko vaganje za određivanje lažne zlatne krune. Prve hidrostatske vage izumio je Galileo Galilei krajem 16. stoljeća. Trenutno se elektronički piknometri i mjerači gustoće široko koriste za eksperimentalno određivanje vrijednosti ρ u tekućinama, čvrstim tvarima i plinovima.
Teorijska definicija gustoće
Pitanje kako eksperimentalno pronaći gustoću raspravljalo se gore. Međutim, ovaj ρ nepoznatog materijala može se pronaći teoretski. Da biste to učinili, potrebno je poznavati vrstu kristalne rešetke, parametre te rešetke, kao i masu atoma koji je tvore. Budući da svaka elementarna kristalna rešetka ima određeni geometrijski oblik, lako je pronaći formulu za određivanje njenog volumena.
Ako se kristalni materijal sastoji od nekoliko kemijskih elemenata, kao što su metalne legure, tada se njegova prosječna gustoća može odrediti sljedećom jednostavnom formulom:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Gdje su mi, ρi masa i gustoća i-te komponente, redom.
Ako materijal ima amorfnu strukturu, tada teoretski neće biti moguće točno odrediti njegovu gustoću i moraju se koristiti eksperimentalne tehnike.
