So berechnen Sie die Verbunddichte

Masse und Dichte – zusammen mit dem Volumen, das Konzept, das diese beiden Größen physikalisch und mathematisch verbindet – sind zwei der grundlegendsten Konzepte in der Physik. Trotzdem und obwohl Masse, Dichte, Volumen und Gewicht jeden Tag in unzählige Millionen Berechnungen weltweit verwickelt sind, lassen sich viele Menschen von diesen Größen leicht verwirren.

​Dichte,was sich sowohl physikalisch als auch im Alltag einfach auf eine Konzentration von etwas innerhalb eines bestimmten definierten Raums bezieht, bedeutet normalerweise "Massendichte" und bezieht sich somit auf dieStoffmenge pro Volumeneinheit. Über die Beziehung zwischen Dichte und Gewicht gibt es zahlreiche Missverständnisse. Diese sind verständlich und für die meisten mit einer Rezension wie dieser leicht zu klären.

Darüber hinaus ist das Konzept derzusammengesetzte Dichteist wichtig. Viele Materialien bestehen von Natur aus aus einer Mischung von Elementen oder Strukturmolekülen mit jeweils eigener Dichte oder werden daraus hergestellt. Wenn Sie das Verhältnis der einzelnen Materialien zueinander im interessierenden Artikel kennen und nachschlagen können oder Berechnen Sie andernfalls ihre individuellen Dichten, dann können Sie die zusammengesetzte Dichte des Materials bestimmen wie eine ganze.

Die Dichte wird mit dem griechischen Buchstaben rho (ρ) bezeichnet und ist einfach die Masse von etwas geteilt durch sein Gesamtvolumen:

SI-Einheiten (internationaler Standard) sind kg/m³, da Kilogramm und Meter SI-Basiseinheiten für Masse bzw. Verschiebung ("Entfernung") sind. In vielen Situationen des wirklichen Lebens sind Gramm pro Milliliter oder g/ml jedoch eine bequemere Einheit. Ein ml = 1 Kubikzentimeter (cc).

Die Form eines Objekts mit gegebenem Volumen und Masse hat keinen Einfluss auf seine Dichte, auch wenn dies die mechanischen Eigenschaften des Objekts beeinflussen kann. In ähnlicher Weise haben zwei Objekte gleicher Form (und damit Volumen) und Masse immer die gleiche Dichte, unabhängig davon, wie diese Masse verteilt ist.

Eine feste MassekugelMund RadiusRmit seiner gleichmäßig über die Kugel verteilten Masse und einer festen MassekugelMund RadiusRmit seiner fast vollständig in einer dünnen äußeren "Hülle" konzentrierten Masse haben die gleiche Dichte.

Die Dichte von Wasser (H₂O) bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck wird als genau 1 g/mL (oder äquivalent 1 kg/L) definiert.

In den Tagen des antiken Griechenlands bewies Archimedes ziemlich genial, dass, wenn ein Gegenstand in Wasser (oder irgendeinen Flüssigkeit), ist die Kraft, die es erfährt, gleich der Masse des verdrängten Wassers mal der Schwerkraft (d. h. dem Gewicht des Wasser). Dies führt zu dem mathematischen Ausdruck

In Worten bedeutet dies, dass die Differenz zwischen der gemessenen Masse eines Objekts und seiner scheinbaren Masse beim Eintauchen, geteilt durch die Dichte der Flüssigkeit, das Volumen des eingetauchten Objekts ergibt. Dieses Volumen ist leicht zu erkennen, wenn das Objekt ein regelmäßig geformtes Objekt wie eine Kugel ist, aber die Gleichung ist praktisch, um das Volumen von ungewöhnlich geformten Objekten zu berechnen.

A L ist 1000 cc = 1000 ml. Die Schwerkraftbeschleunigung in der Nähe der Erdoberfläche istG= 9,80 m/s².

Denn 1 L = 1.000 cc = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0,1 m × 0,1 m × 0,1 m) = 10^-3 ich³, sind 1.000 Liter in einem Kubikmeter. Dies bedeutet, dass ein masseloser würfelförmiger Behälter von 1 m auf jeder Seite 1.000 kg = 2.204 Pfund Wasser, also mehr als eine Tonne, aufnehmen könnte. Denken Sie daran, ein Meter ist nur etwa dreieinhalb Fuß; Wasser ist vielleicht "dicker" als Sie dachten!

Die Masse der meisten Objekte in der natürlichen Welt ist ungleichmäßig über den Raum verteilt, den sie einnehmen. Ihr eigener Körper ist ein Beispiel; Mit einer Alltagswaage können Sie Ihre Masse relativ einfach bestimmen, und wenn Sie die richtige Ausrüstung haben, können Sie könnte das Volumen Ihres Körpers bestimmen, indem Sie sich in eine Wanne mit Wasser eintauchen und Archimedes' Prinzip.

Aber Sie wissen, dass einige Teile viel dichter sind als andere (Knochen vs. Fett zum Beispiel), also gibt eslokale Variationan Dichte.

Einige Objekte können eine einheitliche Zusammensetzung haben und dahereinheitliche Dichte, obwohl sie aus zwei oder mehr Elementen oder Verbindungen besteht. Dies kann in Form bestimmter Polymere natürlich vorkommen, ist aber wahrscheinlich eine Folge eines strategischen Herstellungsprozesses, z. B. bei Carbonfaser-Fahrradrahmen.

Dies bedeutet, dass Sie, anders als bei einem menschlichen Körper, eine Materialprobe derselben Dichte erhalten würden, egal wo im Objekt Sie es extrahiert haben oder wie klein es war. In der Rezeptur ist es "komplett gemischt".

Die einfache Massendichte vonKompositmaterialien, oder Materialien aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien mit bekannten Einzeldichten, können mit einem einfachen Verfahren herausgearbeitet werden.

1. Finden Sie die Dichten aller Verbindungen (oder Elemente) in der Mischung. Diese sind in vielen Online-Tabellen zu finden; Ein Beispiel finden Sie unter Ressourcen.
2. Konvertieren Sie den prozentualen Beitrag jedes Elements oder jeder Verbindung zur Mischung in eine Dezimalzahl (eine Zahl zwischen 0 und 1), indem Sie durch 100 dividieren.
3. Multiplizieren Sie jede Dezimalzahl mit der Dichte ihrer entsprechenden Verbindung oder ihres Elements.
4. Fügen Sie die Produkte aus Schritt 3 zusammen. Dies ist die Dichte der Mischung in den gleichen Einheiten, die zu Beginn oder im Problem ausgewählt wurden.

Angenommen, Sie erhalten 100 ml einer Flüssigkeit, die zu 40 Prozent aus Wasser, 30 Prozent Quecksilber und 30 Prozent Benzin besteht. Welche Dichte hat die Mischung?

Sie wissen, dass für Wasser ρ = 1,0 g/ml ist. In der Tabelle finden Sie ρ = 13,5 g/ml für Quecksilber und ρ = 0,66 g/ml für Benzin. (Dies würde eine sehr giftige Mischung ergeben, für das Protokoll.) Befolgen Sie das obige Verfahren:

Die hohe Dichte des Quecksilberbeitrags erhöht die Gesamtdichte des Gemisches deutlich über der von Wasser oder Benzin.

Im Gegensatz zur vorherigen Situation, in der nur eine wahre Dichte gesucht wird, bedeutet die Mischungsregel für Partikelverbunde in einigen Fällen etwas anderes. Es ist ein technisches Anliegen, das die Gesamtfestigkeit einer linearen Struktur wie eines Balkens gegen Belastung mit der Widerstandsfähigkeit ihrer einzelnen in Beziehung setztBallaststoffundMatrixBestandteile, da solche Objekte oft strategisch so konstruiert sind, dass sie bestimmten lasttragenden Anforderungen entsprechen.

Dies wird oft durch den Parameter ausgedrückt, der als bekannt istElastizitätsmodulE​(auch genanntElastizitätsmodul, oder derElastizitätsmodul). Die Berechnung des Elastizitätsmoduls von Verbundwerkstoffen ist aus algebraischer Sicht recht einfach. Suchen Sie zuerst die einzelnen Werte fürEder in einer Tabelle wie der in den Ressourcen. Mit den BändenVjeder Komponente in der ausgewählten Probe bekannt, verwenden Sie die Beziehung

WoE_Cist der Modul der Mischung und der IndizesFundMbeziehen sich jeweils auf Faser- und Matrixkomponenten.

• Diese Beziehung kann auch ausgedrückt werden als (V_M +V​_​F​ ) = 1 oderV​_​M​ = (1 - ​V_F​ ).