Sådan beregnes sammensat tæthed

Masse og tæthed - sammen med volumen, det koncept, der forbinder disse to størrelser, fysisk og matematisk - er to af de mest grundlæggende begreber inden for naturvidenskab. På trods af dette, og selvom masse, tæthed, volumen og vægt hver især er involveret i utallige millioner beregninger verden over hver dag, er mange mennesker let forvirrede af disse mængder.

​Massefylde,som både fysisk og hverdagsligt blot henviser til en koncentration af noget inden for et givet defineret rum, normalt betyder "massefylde", og det henviser således tilmængde stof pr. volumen enhed. Talrige misforståelser findes i overflod om forholdet mellem tæthed og vægt. Disse er forståelige og let ryddet op for de fleste med en anmeldelse som denne.

Derudover begrebetsammensat tætheder vigtigt. Mange materialer består naturligt af eller er fremstillet af en blanding eller grundstoffer eller strukturmolekyler, hver med deres egen densitet. Hvis du kender forholdet mellem individuelle materialer til hinanden i det interessepunkt, og kan slå op eller Hvis du ellers finder ud af deres individuelle tætheder, kan du bestemme materialets sammensatte densitet som et hele.

Densitet tildeles det græske bogstav rho (ρ) og er simpelthen massen af ​​noget divideret med dets samlede volumen:

SI (standard internationale) enheder er kg / m³, da kilogram og meter er basiske SI-enheder til henholdsvis masse og forskydning ("afstand"). I mange virkelige situationer er gram per ml eller g / ml imidlertid en mere bekvem enhed. En ml = 1 kubikcentimeter (cc).

Formen på et objekt med et givet volumen og masse har ingen indflydelse på dens densitet, selvom dette kan påvirke objektets mekaniske egenskaber. Tilsvarende har to objekter med samme form (og dermed volumen) og masse altid den samme tæthed uanset hvordan massen fordeles.

En solid massesfæreMog radiusRmed sin masse spredt jævnt over hele sfæren og en solid massesfæreMog radiusRmed sin masse næsten udelukkende koncentreret i en tynd ydre "skal" har samme tæthed.

Tætheden af ​​vand (H₂O) ved stuetemperatur og atmosfærisk tryk defineres som nøjagtigt 1 g / ml (eller tilsvarende 1 kg / L).

I det antikke Grækenlands dage beviste Archimedes temmelig genialt, at når en genstand nedsænkes i vand (eller noget andet) væske), er den kraft, den oplever, lig med vandets masse fordrevet gange tyngdekraften (dvs. vægten af vand). Dette fører til det matematiske udtryk

Med ord betyder dette, at forskellen mellem en genstands målte masse og dens tilsyneladende masse, når den nedsænkes, divideret med væskens tæthed, giver volumenet af den neddykkede genstand. Dette volumen kan let skelnes, når objektet er et regelmæssigt formet objekt, såsom en kugle, men ligningen er praktisk til beregning af volumen af ​​underligt formede objekter.

A L er 1000 cc = 1.000 ml. Accelerationen på grund af tyngdekraften nær jordens overflade erg= 9,80 m / s².

Fordi 1 L = 1.000 cc = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0.1 m × 0.1 m × 0.1 m) = 10^-3 m³, der er 1.000 liter i en kubikmeter. Dette betyder, at en masseløs terningformet beholder 1 m på hver side kan rumme 1.000 kg = 2.204 pund vand, der overstiger et ton. Husk, en meter er kun omkring tre og en kvart fod; vand er måske "tykkere" end du troede!

De fleste objekter i den naturlige verden har deres masse ulige fordelt overalt i det rum, de besætter. Din egen krop er et eksempel; Du kan bestemme din masse relativt let ved hjælp af en dagligdags skala, og hvis du havde det rigtige udstyr dig kunne bestemme din krops volumen ved at nedsænke dig selv i et kar med vand og ansætte Archimedes ' princip.

Men du ved, at nogle dele er meget tættere end andre (ben vs. fedt, for eksempel), så der erlokal variationi densitet.

Nogle genstande kan have en ensartet sammensætning og dermedensartet tæthedpå trods af at de er fremstillet af to eller flere grundstoffer eller forbindelser. Dette kan forekomme naturligt i form af visse polymerer, men sandsynligvis være en konsekvens af en strategisk fremstillingsproces, fx carbonfibercykelstel.

Dette betyder, at i modsætning til tilfældet med en menneskelig krop, ville du få en prøve af materiale med samme tæthed uanset hvor i objektet du ekstraherede det fra, eller hvor lille det var. Med hensyn til opskrift er det "fuldstændigt blandet".

Den enkle massefylde påkompositmaterialer, eller materialer fremstillet af to eller flere forskellige materialer med kendte individuelle tætheder, kan bearbejdes ved hjælp af en enkel proces.

1. Find densiteterne af alle forbindelser (eller grundstoffer) i blandingen. Disse findes i mange onlinetabeller; se Ressourcer for et eksempel.
2. Konverter hvert element eller forbindelses percentilbidrag til blandingen til et decimaltal (et tal mellem 0 og 1) ved at dividere med 100.
3. Multiplicer hver decimal med densiteten af ​​dens tilsvarende forbindelse eller element.
4. Tilføj produkterne fra trin 3. Dette vil være densitet af blandingen i de samme enheder, der blev valgt i starten eller problemet.

Sig for eksempel, at du får en 100 ml væske, der er 40 procent vand, 30 procent kviksølv og 30 procent benzin. Hvad er blandingens tæthed?

Du ved, at for vand er ρ = 1,0 g / ml. Når du ser på tabellen, finder du, at ρ = 13,5 g / ml for kviksølv og ρ = 0,66 g / ml for benzin. (Dette ville være en meget giftig sammensætning, for ordens skyld.) Følg fremgangsmåden ovenfor:

Den høje tæthed af kviksølvs bidrag øger blandingens samlede tæthed langt over vand eller benzin.

I modsætning til den tidligere situation, hvor der kun søges en ægte tæthed, betyder blandingsreglen for partikelkompositter i nogle tilfælde noget andet. Det er en teknisk bekymring, der relaterer den generelle modstandsdygtighed over for stress af en lineær struktur, såsom en stråle, til dens individuelle modstandfiberogmatrixbestanddele, da sådanne genstande ofte er strategisk konstrueret til at opfylde visse bærende krav.

Dette udtrykkes ofte i form af parameteren kendt somelastisk modulE​(også kaldetYoungs modul, eller denelasticitetsmodul). Den elastiske modulberegning af kompositmaterialer er ret enkel set fra et algebraisk synspunkt. Først skal du slå de individuelle værdier op forEaf i en tabel som den i ressourcerne. Med volumenerVaf hver komponent i den kendte valgte prøve, brug forholdet

HvorE_Cer blandingens modul og abonnementerneFogMhenviser til henholdsvis fiber- og matrixkomponenter.

• Dette forhold kan også udtrykkes som (V_M + V​_​F​ ) = 1 ellerV​_​M​ = (1 - ​V_F​ ).