So berechnen Sie die Dichte durch Wasserverdrängung

Archimedes entwickelte die Methode der Dichtebestimmung durch Wasserverdrängung. Eine Geschichte seiner Entdeckung bezieht sich auf die goldene Krone des Königs, einen möglicherweise diebischen Juwelier und eine Badewanne. Ob wahr oder nicht, die Geschichte überlebt in der einen oder anderen Version, weil die Entdeckung von Archimedes so wichtig ist und nicht, ob der Juwelier wirklich versucht hat, den König zu betrügen.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Die Berechnung der Dichte verwendet die Formel D = m ÷ v, wobei D Dichte bedeutet, m Masse bedeutet und v Volumen bedeutet. Ermitteln Sie die Masse mit einer Waage und verwenden Sie die Wasserverdrängung, um das Volumen unregelmäßiger Objekte zu bestimmen. Die Wasserverdrängung funktioniert, weil die Wassermenge, die von einem in Wasser getauchten Objekt verdrängt wird, dem Volumen des Objekts entspricht. Wenn ein in einen Messzylinder getauchter Gegenstand den Wasserstand von 40 Milliliter auf 90 Milliliter anhebt, entspricht die Volumenänderung von 50 Milliliter dem Volumen des Gegenstandes in Kubikzentimetern.

Alle Materie hat Masse und nimmt Raum ein. Dichte, ein berechneter Wert, misst die Menge an Materie in einem Raum. Um die Dichte eines Materials zu berechnen, bestimmen Sie die Masse und das Volumen des Objekts. Berechnen Sie die Dichte des Objekts mit der Formel Dichte gleich Masse geteilt durch Volumen:

Das Finden der Masse erfordert die Verwendung einer Waage. Die meisten Massenwaagen gleichen das unbekannte Objekt gegen eine bekannte Masse aus. Beispiele sind Dreifachbalkenwaagen und echte Waagen, wie die klassische Waage in einem Untersuchungsbüro. Elektronische Waagen können auch als Massenwaagen aufgebaut sein. Personenwaagen, abgesehen davon, dass sie nicht die erforderliche Genauigkeit aufweisen, messen das Gewicht, nicht die Masse. Masse misst die Menge an Materie in einem Objekt, während das Gewicht die Anziehungskraft der Schwerkraft auf die Masse eines Objekts misst.

Das Ermitteln des Volumens von regelmäßigen geometrischen Objekten verwendet Standardformeln. Das Volumen einer Box ist beispielsweise gleich Länge mal Breite mal Höhe. Nicht jedes Objekt passt jedoch zu einer Formel. Verwenden Sie für diese unregelmäßig geformten Objekte die Wasserverdrängungsmethode, um das Volumen des Objekts zu ermitteln.

Die Wasserverdrängung nutzt eine besondere Eigenschaft des Wassers: 1 Milliliter (abgekürzt ml) Wasser nimmt 1 Kubikzentimeter (cm .)³) des Raumes oder Volumens, wenn das Wasser die Standardtemperatur (0°C) und den Druck (1 Atmosphäre) hat. Ein vollständig in Wasser eingetauchtes Objekt verdrängt oder versetzt ein Wasservolumen gleich dem Volumen des Objekts. Wenn also ein Objekt 62 ml Wasser verdrängt, beträgt das Volumen des Objekts 62 cm³.

Verfahren zur Wasserverdrängung zur Volumenbestimmung erfordern das Eintauchen des Objekts in ein bekanntes Wasservolumen und das Messen der Wasserstandsänderung. Passt das Objekt in einen Messzylinder oder einen Messbecher, können Sie den Messwert direkt ablesen. Wenn der Wasserstand bei 40 ml beginnt und sich nach dem Eintauchen des Objekts auf 90 ml ändert, entspricht das Volumen des Objekts dem endgültigen Wasservolumen (90 ml) minus dem anfänglichen Wasservolumen (40 ml) oder 50 ml.

Passt das Objekt nicht in einen Messzylinder oder Messbecher, können Sie die verdrängte Wassermenge auf verschiedene Weise messen. Eine Methode erfordert, eine Schüssel in ein Tablett oder eine größere Schüssel zu stellen. Die Innenschale muss groß genug sein, um das Objekt vollständig einzutauchen. Füllen Sie die innere Schüssel vollständig mit Wasser. Schieben Sie das Objekt vorsichtig in die Schüssel, ohne Wellen zu erzeugen oder zu spritzen, und lassen Sie das verdrängte Wasser in die größere Schüssel oder Schale laufen. Entfernen Sie die innere Schüssel sehr vorsichtig, damit kein zusätzliches Wasser verschüttet wird. Messen Sie dann die Wassermenge in der größeren Schüssel. Dieses Volumen entspricht dem Volumen des Objekts.

Eine zweite, vielleicht praktischere Methode verwendet ebenfalls eine Schüssel. Die Schüssel muss groß genug sein, um das Objekt vollständig einzutauchen, ohne überzulaufen. Beginnen Sie damit, die Schüssel mit ausreichend Wasser zu füllen, um das Objekt vollständig zu bedecken. Markieren Sie vor dem Hinzufügen des Objekts die Wasserlinie in der Schüssel. Dieser markiert wie der Messzylinder das Anfangsvolumen des Wassers. Als nächstes fügen Sie das Objekt hinzu und stellen Sie sicher, dass das Objekt vollständig mit Wasser bedeckt ist. Markieren Sie diese Wasserlinie auf der Schüssel. Nehmen Sie nun das Objekt vorsichtig aus dem Wasser.

An dieser Stelle muss die Änderung des Wasservolumens bestimmt werden. Ein Verfahren misst die Wassermenge, die erforderlich ist, um den Wasserstand von der Anfangsvolumenlinie auf die Endvolumenlinie anzuheben. Dieses Volumen entspricht dem Volumen des Objekts. Eine zweite Methode misst die Wassermenge, die verwendet wird, um die Schüssel bis zur ersten Linie zu füllen, und misst dann die Wassermenge, die erforderlich ist, um die Schüssel bis zur zweiten Linie zu füllen. Mit der Formel Endvolumen minus Anfangsvolumen (v_f – v_ich) ergibt das Volumen des Objekts. Wenn das anfängliche Wasservolumen 900 ml Wasser und das endgültige Wasservolumen 1.250 ml entspricht, beträgt das Volumen des Objekts 1250 – 900 = 350 ml, d. h. das Volumen des Objekts beträgt 350 cm³.

Nachdem Sie die Masse und das Volumen eines Objekts gemessen haben, müssen Sie die Messwerte in die Dichteformel eingeben, um die Dichte zu ermitteln. Wenn beispielsweise die gemessene Masse 875 g und das gemessene Volumen 350 cm. beträgt³, dann lautet die Dichteformel:

2,50 Gramm pro Kubikzentimeter, normalerweise geschrieben als 2,50 g/cm²³.