Nakon što su se učenici upoznali sa pojmom mase i zapremine supstanci u fizici, proučavaju važnu karakteristiku svakog tijela, a to se zove gustina. Članak u nastavku posvećen je ovoj vrijednosti. Pitanja fizičkog značenja denziteta su otkrivena u nastavku. Formula gustine je također data. Opisane su metode za njegovo eksperimentalno mjerenje.
Koncept gustine
Započnimo članak direktnim snimanjem formule za gustinu materije. To izgleda ovako:
ρ=m / V.
Ovdje je m masa razmatranog tijela. Izražava se u SI sistemu u kilogramima. U zadacima i praksi možete pronaći i druge mjerne jedinice, na primjer, grame ili tone.
Simbol V u formuli označava zapreminu koja karakteriše geometrijske parametre tela. Mjeri se u SI u kubnim metrima, međutim, koriste se i kubni kilometri, litri, mililitri itd.
Formula gustine pokazuje koliku masu supstance sadrži jedinicavolumen. Koristeći vrijednost ρ, može se procijeniti koje će od dva tijela imati veću težinu sa jednakim volumenom, ili koje će od dva tijela imati veći volumen sa jednakim masama. Na primjer, drvo je manje gusto od željeza. Dakle, sa jednakim zapreminama ovih supstanci, masa gvožđa će značajno premašiti istu vrednost za drvo.
Koncept relativne gustine
Sam naziv ove količine ukazuje na to da će se vrijednost koja se proučava za jedno tijelo smatrati relativnom u odnosu na sličnu karakteristiku za drugo. Formula za relativnu gustinu ρr izgleda ovako:
ρr=ρs / ρ0.
Gdje je ρs gustina mjerenog materijala, ρ0 je gustina prema kojoj je vrijednost ρ r se mjeri . Očigledno, ρr je bezdimenzionalno. Pokazuje koliko je puta izmjerena tvar gušća od odabranog standarda.
Za tečnosti i čvrste materije, standardno ρ0 odaberite ovu vrednost za destilovanu vodu na temperaturi od 4 oC. Na ovoj temperaturi voda ima maksimalnu gustinu, što je pogodna vrednost za proračune - 1000 kg/m3 ili 1 kg/l.
Za gasne sisteme, uobičajeno je da se koristi gustina vazduha pri atmosferskom pritisku i temperaturi 0 kao standard oC.
Zavisnost gustine od pritiska i temperature
Proučavana vrijednost nije konstantna za određeno tijelo,ako promijenite njegovu temperaturu ili vanjski pritisak. Međutim, tečnosti i čvrste materije su nestišljive u mnogim situacijama, što znači da njihova gustina ostaje konstantna kako se pritisak menja kao i temperatura.
Uticaj pritiska se manifestuje na sledeći način: kada se on povećava, prosečne međuatomske i međumolekulske udaljenosti se smanjuju, što povećava broj molova supstance po jedinici zapremine. Dakle, gustina se povećava. Jasan uticaj pritiska na ispitivanu karakteristiku je uočen u slučaju gasova.
Temperatura ima suprotan efekat pritiska. S povećanjem temperature, kinetička energija čestica materije se povećava, one se počinju aktivnije kretati, što dovodi do povećanja prosječnih udaljenosti između njih. Posljednja činjenica dovodi do smanjenja gustine.
Opet, ovaj efekat je izraženiji za gasove nego za tečnosti i čvrste materije. Postoji izuzetak od ovog pravila - ovo je voda. Eksperimentalno je utvrđeno da u temperaturnom opsegu 0-4 oS njegova gustina raste sa zagrijavanjem.
Homogena i nehomogena tijela
Gore napisana formula gustine odgovara takozvanom proseku ρ za razmatrano telo. Ako u njega izdvojimo neki mali volumen, onda se izračunata vrijednost ρi može znatno razlikovati od prethodne vrijednosti. Ova činjenica je povezana s prisustvom neujednačene raspodjele mase po volumenu. U ovom slučaju, gustinaρi se zove lokalno.
S obzirom na pitanje neujednačene raspodjele materije, čini se zanimljivim razjasniti jednu stvar. Kada počnemo razmatrati elementarni volumen blizak atomskim skalama, krši se koncept kontinuiteta medija, što znači da nema smisla koristiti lokalnu karakteristiku gustoće. Poznato je da je skoro cela masa atoma koncentrisana u njegovom jezgru, čiji je poluprečnik oko 10-13 metara. Gustina jezgra procjenjuje se ogromnom cifrom. Ovo je 2, 31017 kg/m3.
Mjerenje gustine
Iznad je pokazano da je u skladu sa formulom gustina jednaka odnosu mase i zapremine. Ova činjenica nam omogućava da odredimo specificiranu karakteristiku jednostavnim vaganjem tijela i mjerenjem njegovih geometrijskih parametara.
Ako je oblik tijela vrlo složen, tada će univerzalna metoda za određivanje gustine biti hidrostatsko vaganje. Zasniva se na upotrebi Arhimedove sile. Suština metode je jednostavna. Tijelo se prvo važe u zraku, a zatim u vodi. Razlika u težini se koristi za izračunavanje nepoznate gustine. Da biste to učinili, koristite sljedeću formulu:
ρ=ρl P0 / (P0 - P l),
gde je P0, Pl - težina tela u vazduhu i tečnosti. Prema tome, ρl je gustina tečnosti.
Metodu hidrostatskog vaganja za određivanje gustine, prema legendi, prvi je upotrijebio filozof iz SirakuzeArhimed. Uspio je, bez narušavanja fizičkog integriteta krune, utvrditi da je za njenu izradu korišteno ne samo zlato, već i drugi manje gusti metali.
