كيفية حساب الكثافة بإزاحة المياه

أنشأ أرخميدس طريقة إيجاد الكثافة باستخدام إزاحة الماء. تتضمن إحدى قصص اكتشافه التاج الذهبي للملك ، وربما صائغًا مسروقًا ، وحوض استحمام. سواء كان ذلك صحيحًا أم لا ، فقد نجت القصة في نسخة أو أخرى بسبب أهمية اكتشاف أرخميدس وليس ما إذا كان صائغ المجوهرات قد حاول حقًا خداع الملك.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

يستخدم حساب الكثافة الصيغة D = m ÷ v ، حيث D تعني الكثافة ، و m تعني الكتلة و v تعني الحجم. أوجد الكتلة باستخدام مقياس التوازن ، واستخدم إزاحة الماء لإيجاد حجم الأجسام غير المنتظمة. ينجح إزاحة الماء لأن كمية الماء المزاح بواسطة جسم مغمور في الماء تساوي حجم الجسم. إذا قام جسم مغمور في أسطوانة متدرجة برفع مستوى الماء من 40 مليلترًا إلى 90 مليلترًا ، فإن تغيير الحجم بمقدار 50 مليلترًا يساوي حجم الجسم بالسنتيمتر المكعب.

كل المادة لها كتلة وتحتل مساحة. الكثافة ، وهي قيمة محسوبة ، تقيس كمية المادة في الفراغ. لحساب كثافة مادة ما ، أوجد كتلة الجسم وحجمه. احسب كثافة الجسم باستخدام صيغة كثافة تساوي الكتلة مقسومة على الحجم:

يتطلب إيجاد الكتلة استخدام مقياس التوازن. تقوم معظم موازين الكتلة بموازنة الجسم المجهول مقابل كتلة معروفة. تشمل الأمثلة موازين ثلاثية الشعاع وأرصدة حقيقية ، مثل المقياس الكلاسيكي الذي يظهر في مكتب الفحص. يمكن أيضًا إعداد الموازين الإلكترونية كمقاييس جماعية. موازين الحمام ، بغض النظر عن درجة الدقة المطلوبة ، تقيس الوزن وليس الكتلة. تقيس الكتلة كمية المادة في الجسم بينما يقيس الوزن قوة الجاذبية على كتلة الجسم.

العثور على حجم الكائنات الهندسية العادية باستخدام الصيغ القياسية. حجم الصندوق يساوي الطول × العرض × الارتفاع ، على سبيل المثال. ومع ذلك ، ليس كل كائن يناسب صيغة. بالنسبة لهذه الأجسام غير المنتظمة ، استخدم طريقة إزاحة الماء لإيجاد حجم الجسم.

يستخدم إزاحة الماء خاصية معينة للماء: 1 مليلتر (مختصر مل) من الماء يستهلك 1 سم مكعب (سم)³) من الفضاء ، أو الحجم ، عندما يكون الماء عند درجة حرارة قياسية (0 درجة مئوية) وضغط (1 جو). يقوم الجسم المغمور تمامًا في الماء بإزاحة أو إزاحة حجم من الماء مساوٍ لحجم الجسم. لذلك ، إذا أزاح جسم ما 62 مل من الماء ، فإن حجم الجسم يساوي 62 سم³.

تتطلب طرق استخدام إزاحة الماء لإيجاد الحجم غمر الجسم في حجم معروف من الماء وقياس التغير في مستوى الماء. إذا كان الجسم مناسبًا لأسطوانة مدرجة أو كوب قياس ، فيمكنك قراءة القياس مباشرةً. إذا بدأ مستوى الماء عند 40 مل وتغير إلى 90 مل بعد غمر الجسم ، فإن حجم الجسم يساوي حجم الماء النهائي (90 مل) مطروحًا منه حجم الماء الأولي (40 مل) ، أو 50 مل.

إذا كان الجسم لا يتناسب مع أسطوانة مدرجة أو كوب قياس ، فيمكنك قياس حجم الماء المزاح بطرق مختلفة. تتطلب إحدى الطرق وضع وعاء في صينية أو وعاء أكبر. يجب أن يكون الوعاء الداخلي كبيرًا بما يكفي لغمر الجسم بالكامل. املأ الوعاء الداخلي بالكامل بالماء. حرك الجسم في الوعاء بحذر ، دون إحداث موجات أو تناثر ، واترك الماء المزاح ينسكب في الوعاء أو الصينية الأكبر. قم بإزالة الوعاء الداخلي بعناية شديدة حتى لا ينسكب ماء إضافي. ثم قم بقياس حجم الماء في الوعاء الأكبر. هذا الحجم يساوي حجم الجسم.

طريقة ثانية ، ربما أكثر عملية ، تستخدم أيضًا وعاء. يجب أن يكون الوعاء كبيرًا بما يكفي لغمر الجسم بالكامل دون أن يفيض. ابدأ بملء الوعاء بما يكفي من الماء لتغطية الجسم بالكامل. قبل إضافة الكائن ، حدد خط الماء في الوعاء. مثل الأسطوانة المتدرجة ، يشير هذا إلى الحجم الأولي للماء. بعد ذلك ، أضف الكائن ، وتأكد من تغطية الجسم بالكامل بالماء. ضع علامة على خط الماء هذا على الوعاء. الآن ، قم بإزالة الكائن بعناية من الماء.

في هذه المرحلة ، يجب تحديد التغيير في حجم الماء. تقيس إحدى الطرق كمية الماء المطلوبة لرفع مستوى الماء من خط الحجم الأولي إلى خط الحجم النهائي. هذا الحجم يساوي حجم الجسم. الطريقة الثانية تقيس كمية الماء المستخدمة لملء الوعاء حتى السطر الأول ، ثم تقيس كمية الماء المطلوبة لملء الوعاء إلى السطر الثاني. باستخدام الصيغة النهائية للحجم مطروحًا منه الحجم الأولي (v_F - الخامس_أنا) ينتج عنه حجم الكائن. إذا كان الحجم الأولي للماء يساوي 900 مل من الماء والحجم النهائي للماء يساوي 1250 مل ، فإن حجم الجسم هو 1250-900 = 350 مل ، أي أن حجم الجسم يساوي 350 سم³.

بمجرد قياس كتلة الجسم وحجمه ، يتطلب إيجاد الكثافة وضع القياسات في معادلة الكثافة. على سبيل المثال ، إذا كانت الكتلة المقاسة تساوي 875 جم والحجم المقاس يساوي 350 سم³، ثم تصبح صيغة الكثافة:

2.50 جرام لكل سنتيمتر مكعب ، يكتب عادةً كـ 2.50 جرام / سم³.