Gęstość

Wyjaśniamy, jaka jest gęstość, jej formuła, jak ją obliczyć, typy, które istnieją i podaj kilka przykładów

Między dwoma obiektami o równej objętości, ten o największej gęstości jest taki, który ma największą masę

Co to jest gęstość?

gęstość masy substancji jest iloraz między masą próbki a objętością, którą zajmuje, jest jej jednostką miary kg/m³ W międzynarodowym systemie jednostek. Grecka litera ρ (Rho) jest często używana do jej oznaczenia.

Gęstość wody, która jest uniwersalnym płynem, wynosi 1000 kg/m³ o 1 g/cm³ w 25 ° C, ponieważ gęstość doświadcza zmian wraz z temperaturą i ciśnieniem.

Wiele razy istnieją obiekty o tych samych wymiarach, a jednak niektóre są lżejsze i bardziej ciężkie, wynika to z różnic gęstości. Lżejszy obiekt ma mniejszą gęstość niż najcięższy.

Gęstość jest intensywną właściwością materii, która nie zależy od ilości badanej masy próbki, ponieważ to proporcja masy/objętości pozostaje stała dla tej samej substancji. To pozwala na odróżnienie substancji od innej.

Materiały mają szeroki zakres gęstości, nieletni są materiałami z gazów, więc jednostka kg/m³ Jest bardzo duży i preferowane są gramy/litr lub g/l. Inne często używane jednostki to gram/mililitr lub gram/centymetr sześcienny.

Pojęcie gęstości jest szczególnie przydatne podczas pracy z ciągłymi środkami, takimi jak płyny, czy to gazy, czy cieczy.

Wzór gęstości

Zgodnie z daną definicją gęstość ma wzór matematyczny podany przez:

Gdzie gęstość wynosi ρ, m to masa i objętość v.

Jak mierzona jest gęstość?

Gęstość obiektu można obliczyć, jeśli jego masa i objętość są wcześniej mierzone. Ten ostatni nie zawsze jest łatwy, ponieważ próbka może być nieregularna, jednak istnieje kilka metod.

Może ci służyć: Mars (planeta)

Metoda geometryczna

Jeśli próbka ma regularny kształt geometryczny, istnieją wzory, które umożliwiają obliczenie objętości na podstawie jej wymiarów. Jeśli chodzi o ciasto, można to uzyskać za pomocą równowagi.

Metoda ustanowienia: przemieszczenie objętości

Pomiar objętości klucza przez przesuniętą objętość

Jeśli obiekt nie jest regularny, jego objętość można określić poprzez pomiar przesuniętej objętości, gdy jest całkowicie zanurzony w płynie podobnej.

W tym celu używana jest pojemnik na studia i wypełniona dokładną objętością wody v₁, Następnie obiekt jest całkowicie zanurzony, a nowa objętość V jest mierzona₂. Objętość obiektu jest równa różnicy v₂ - V₁.

Aby zastosować tę metodę, substancję próbki nie powinna być rozpuszczana w wodzie i musisz mieć pojemnik na stopień o odpowiednim rozmiarze.

Gęstość przez zasadę Archimedes

Zasada Archimedesa można zastosować do znalezienia gęstości próbki stałej. Zasada stwierdza, że ​​częściowe lub całkowicie zanurzone ciało ulega rosnącej sile nazywanej pchnięciem, której wielkość jest równa ciężaru wysiedlonego płynu podczas umieszczania ciała.

Aby określić gęstość obiektu poprzez zasadę Archimedesa, następuje kroki:

• Krok 1

Określ masę M_C obiektu poprzez równowagę.

• Krok 2

Wypełnij pojemnik płynem, którego gęstość jest znana, czyli zwykle woda destylowana. Ta wartość nazywa się m₁.

• Krok 3

Całkowicie zanurz stały obiekt w pojemniku wodą, uważając, że nie dotykam ścian. Zaobserwowano, że płyn wywiera nacisk I Na stałym w górę, a to z kolei, zgodnie z trzecim prawem Newtona, wywiera reakcję o równej wielkości na wodzie, ale w przeciwnym kierunku.

Może ci służyć: Fizyka stanu solidnego: właściwości, struktura, przykłady

Aby zważyć zestaw, uzyskana wartość, zwana m₂, Będzie to z pojemnika pełnego z wodą więcej tej reakcji.

• Krok 4

Z równania gęstości można wyrazić objętość V korpusu, co jest równoważne objętość przemieszanego płynu:

Gdzie m_C i ρ_C Masa i gęstość ciała są odpowiednio, a m_F i ρ_C Są masą i gęstością przemieszanego płynu. Z tego wyrażenia gęstość ciała ρ jest usuwana_C:

Masa płynu eksmitowała m_F To po prostu:

M_F = m₂ −m₁

Dlatego:

Rodzaje gęstości

Absolutna gęstość  

Jest to gęstość, jak zdefiniowano wcześniej: iloraz między masą a objętością próbki.

Gęstość względna

Nazywane też Środek ciężkości, Jest to gęstość substancji w odniesieniu do innej, która jest traktowana jako odniesienie. W przypadku substancji stałych i cieczy ta substancja odniesienia jest woda w temperaturze 4 ° C i 1 atm ciśnienia, a dla gazów jest suche powietrze. Jest obliczany przez:

Gęstość względna = gęstość wody/gęstości wody

Zarówno gęstość materiału, jak i woda musi być mierzona w identycznych warunkach ciśnienia i temperatury i wyrażać się w tych samych jednostkach.

Poniższy obraz pokazuje względne gęstości stali i drewna.

Ponieważ gęstość stali wynosi 7800 kg/m³ A woda wynosi 1000 kg/m³, Względna gęstość stali, oznaczona jako SG, wynosi:

SG = 7800 /1000 = 7.8

Ze swojej strony względna gęstość drewna wynosi:

SG = 500 /1000 = 0.5

Obiekty, których gęstość względna jest mniejsza niż 1 pływana w wodzie, podczas gdy te, których gęstość względna jest większa niż 1 zlew.

Pozorna gęstość

Oblicza go iloraz między masą próbki a jej objętością, w tym pory i przestrzenie powietrzne:

Może ci służyć: błąd losowy: wzór i równania, obliczenia, przykłady, ćwiczenia

Pozorna gęstość = masa / objętość = (masa _cząsteczki + Masa _powietrze )/ (Tom _cząsteczki+ Tom _powietrze)

Przykłady gęstości

• Najlżejszym metalem wszystkich jest lit, o gęstości 530 kg/m³
• Gęstość krwi wynosi 1060 kg/m³
• Osmium jest najbardziej znanym metalem o gęstości 22570 kg/m³
• Kwarki plazmy ma gęstość 1 × 10¹⁹ kg/m³

Rozwiązane ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz gęstość korka, wiedząc, że kostka wykonana z tego materiału, która mierzy 1.Strona 5 cm, ma masę 1 g.

• Rozwiązanie

Objętość kostki to:

V = ℓ³ = (1.5 cm)³ = 3.375 cm³

Oświadczenie wskazuje, że masa M kostki wynosi M = 1 g, dlatego zastępując wartości w równaniu gęstości:

ρ = m / v = 1 g / 3.375 cm³ = 0.296 g/cm³

Ćwiczenie 2

Jaka jest masa kuli wykonanej z 15 cm radiowego osmu?

• Rozwiązanie

Zaczynając od równania gęstości:

Ciasto jest wyczyszczone jako:

M = ρ ∙ v

Konieczne jest obliczenie objętości kuli, która jest podana przez wzór:

Bycie r promieniem kuli. Ponieważ gęstość osmu wynosi 22570 kg/m³, Wygodne jest wyrażanie 15 cm w metrach:

R = 15 cm = 15 × 10⁻² M

V = (4/3) π × (15 × 10⁻² M)³ = 0.01414 m³

Ta wartość jest zastępowana w przeliczeniu ciasta:

M = ρ ∙ V = 22570 kg/m³ × 0.01414 m³ = 319.1 kg

Bibliografia

1. Chang, R. 2013. Chemia. 11va. Wydanie. McGraw Hill Education.
2. Giancoli, zm.  2006. Fizyka: zasady z aplikacjami. 6th. Ed Prentice Hall.
3. Shipman, J. 2009. Wprowadzenie do nauk fizycznych. Dwunaste wydanie. Brooks/Cole, Cengage Editions.
4. Tippens, s. 1. 2011. Fizyka: koncepcje i zastosowania. 7. edycja. McGraw Hill.
5. University of Antioquia. Gęstość ciał stałych. Odzyskane po: Nauczanie.Ty.Edu.współ.