Razmotrimo u članku kako pronaći gustinu i šta je to. U projektiranju mnogih konstrukcija i vozila uzimaju se u obzir brojne fizičke karakteristike koje određeni materijal mora imati. Jedan od njih je gustina.
Masa i volumen
Dešifrirajte značenje dvije fizičke veličine koje su direktno povezane s tim - to su masa i zapremina. Prije nego odgovorimo na pitanje kako pronaći gustinu.
Masa je karakteristika koja opisuje inercijska svojstva tijela i njihovu sposobnost da pokažu gravitacijsko privlačenje jedno drugom. Masa se mjeri u kilogramima u SI sistemu.
Koncepte inercijalne i gravitacione mase prvi je u fiziku uveo Isak Njutn kada je formulisao zakone mehanike i univerzalne gravitacije.
Zapremina je isključivo geometrijska karakteristika tijela, koja kvantitativno odražava dio prostora koji zauzima. Volumen se mjeri u kubičnim jedinicama dužine, na primjer, u SI to je kubni metri.
Za tijela poznatog oblika(paralelepiped, lopta, piramida) ova vrijednost se može odrediti posebnim formulama, za objekte nepravilnog geometrijskog oblika zapremina se određuje uranjanjem u tečnost.
Fizička gustina količine
Sada možete ići direktno na odgovor na pitanje kako pronaći gustinu. Ova karakteristika je određena omjerom tjelesne mase i zapremine koju zauzima, a koja je matematički zapisana na sljedeći način:
ρ=m/V.
Ova jednakost pokazuje jedinice ρ (kg/m3). Dakle, gustina, masa i zapremina povezani su jednom jednakošću, a vrednost ρ za bilo koji materijal pokazuje zapreminsku 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 zbog velike gustine gvožđa u poređenju sa plastikom.
Jedna od glavnih manifestacija odnosa gustoća u prirodi biće uzgona tijela. Ako tijelo ima manju gustinu od tečnosti, onda nikada neće potonuti u njemu.
Gustoća materijala
Kada se govori o gustini određenih materijala, misli se na čvrste materije. Gasovi i tečnosti takođe imaju određenu gustinu, ali o njima ovde nećemo govoriti.
Čvrsti materijali mogu biti kristalni ili amorfni. Vrijednost ρ ovisi o strukturi, međuatomskim udaljenostima i atomskim i molekularnim masama materijala. Na primjer, svi metali su kristali, a staklo ili drvo imajuamorfna struktura. Ispod je tabela gustine različitih vrsta drveta.
Napominjemo da je u ovom slučaju data prosječna gustina. U stvarnom životu, svako drvo ima jedinstvene karakteristike, uključujući šupljine, pore i prisustvo određenog procenta vlage u drvetu.
Ispod je još jedna tabela. U njemu su u g/cm3 date gustine svih čistih hemijskih elemenata koji su na sobnoj temperaturi.
Iz tabele se vidi da svi elementi imaju gustinu veću od gustine vode. Izuzetak su samo tri metala - litijum, kalijum i natrijum, koji ne tonu, već plutaju na površini vode.
Kako se eksperimentalno mjeri gustina?
U stvari, postoje dvije tehnike za određivanje karakteristike koja se proučava. Prvi je direktno vaganje tijela i mjerenje njegovih linearnih dimenzija.
Ako je geometrijski oblik tijela složen, tada se koristi takozvana hidrostatička metoda.
Njegova suština je sledeća: prvo izvažite telo u vazduhu. Pretpostavimo da je rezultirajuća težina bila P1. Nakon toga, tijelo se važe u tekućini poznate gustine ρl. Neka težina tijela u tečnosti bude P2. Tada će vrijednost gustine 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.
Istorijski, vjeruje se da je grčki filozof Arhimed prvi put koristio hidrostatsko vaganje za određivanje lažne zlatne krune. Prve hidrostatske vage izumio je Galileo Galilei krajem 16. vijeka. Trenutno se elektronski piknometri i mjerači gustoće široko koriste za eksperimentalno određivanje vrijednosti ρ u tekućinama, čvrstim tvarima i plinovima.
Teorijska definicija gustine
Pitanje kako eksperimentalno pronaći gustoću je diskutovano iznad. Međutim, ovaj ρ nepoznatog materijala može se naći teoretski. Da biste to učinili, potrebno je znati tip kristalne rešetke, parametre ove rešetke, kao i masu atoma koji je formiraju. Pošto svaka elementarna kristalna rešetka ima određeni geometrijski oblik, lako je pronaći formulu za određivanje njenog volumena.
Ako se kristalni materijal sastoji od nekoliko hemijskih elemenata, kao što su metalne legure, tada se njegova prosječna gustina može odrediti sljedećom jednostavnom formulom:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Gdje su mi, ρi masa i gustina i-te komponente, respektivno.
Ako materijal ima amorfnu strukturu, tada teoretski neće biti moguće precizno odrediti njegovu gustinu i moraju se koristiti eksperimentalne tehnike.
