Die Verschiebungsmethode ist eine zuverlässige Methode, um das Volumen eines Objekts zu bestimmen, das keine messbaren Abmessungen hat, z. B. einer Statue oder eines Felsens. Sie tauchen das Gestein einfach in Wasser in einen Behälter, der groß genug ist, um ihn aufzunehmen, und messen das Wasservolumen, das es verdrängt. Das Prinzip geht auf den griechischen Mathematiker Archimedes zurück, der bei seiner Entdeckung möglicherweise mit "Heureka" durch die Straßen gelaufen ist. Wenn Sie das Gewicht des verdrängten Wassers wissen möchten, messen Sie einfach dessen Volumen und multiplizieren Sie es mit der Dichte des Wassers.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Sie können das Gewicht eines verdrängten Wasservolumens bestimmen, indem Sie es mit der Dichte des Wassers multiplizieren. In metrischen CGS-Einheiten beträgt die Dichte von Wasser bei 4 °C 1 g/ml. Wenn Sie also diese Einheiten verwenden, sind das Volumen in Millilitern und das Gewicht in Gramm mit hoher Genauigkeit identisch.
Die Wasserdichte variiert mit der Temperatur
Die Dichte von Wasser ändert sich mit der Temperatur. Sein Maximum tritt bei 4 Grad Celsius (39,2 Grad Fahrenheit) auf. In metrischen Einheiten sind es 1 g/ml im CGS-System (Zentimeter, Gramm, Sekunden) und 1.000 kg/m²3 im MKS-System (Meter, Kilogramm, Sekunden). Im imperialen System sind es 62,42 lb/cu. ft. Wasser ist die einzige Verbindung, die beim Gefrieren tatsächlich weniger dicht wird, und mit steigender Temperatur nimmt auch die Dichte ab. Bei etwas weniger als Raumtemperatur, der Temperatur, bei der Sie wahrscheinlich die meisten Experimente durchführen, beträgt die Dichte 0,9982 g/ml oder 62,28 lb/cu.ft. Das ist ein Unterschied von nur zwei Tausendstel Prozent und ist daher nur für sehr genaue Berechnungen wichtig.
Messen Sie das Volumen
Wenn Sie die Verdrängungsmethode verwenden, haben Sie die Wahl zwischen zwei Möglichkeiten, das Volumen des verdrängten Wassers zu messen. Eine besteht darin, den Behälter bis zum Rand zu füllen und das überlaufende Wasser in einem graduierten Behälter aufzufangen. Zum anderen wird die Änderung des Wasserstands gemessen und das Volumen anhand der Abmessungen des Behälters berechnet. Wenn Sie das Volumen einer kleinen Probe messen, können Sie einen Messbehälter bis zu einer bestimmten Markierung füllen und einfach die Skala ablesen, wenn das Wasser ansteigt, um die Volumenänderung zu bestimmen. Das ist die übliche Vorgehensweise in einem Labor.
Gewicht bestimmen
Sobald Sie das Volumen des verdrängten Wassers kennen, können Sie dessen Gewicht sofort durch Multiplikation mit der Dichte des Wassers bei der entsprechenden Temperatur bestimmen. Das liegt daran, dass die Definition von Dichte (d) Masse (m) geteilt durch Volumen (v) ist, also:
m=dv
Masse und Gewicht sind in diesem Zusammenhang synonym, es sei denn, Sie führen das Experiment im Weltraum durch.
Wenn Genauigkeit nichts anderes verlangt, bleiben Sie einfach bei der Dichte von 4 C. Wenn Sie das Volumen in metrischen CGS-Einheiten messen, entspricht das gemessene Volumen in Millilitern dem Gewicht (Masse) in Gramm. In MKS-Einheiten multiplizieren Sie das Volumen in Liter mit 1.000, um das Gewicht in Kilogramm zu erhalten. Wenn Sie imperiale Einheiten verwenden, multiplizieren Sie das Volumen in Kubikfuß. um 62,42, um das Gewicht in Pfund zu erhalten. Wenn Sie das Volumen in Unzen, Gallonen oder Kubikyards messen, verwenden Sie diese Umrechnungsfaktoren:
- 1 Unze = 10-3 cu. ft.
- 1 Gallone = 0,134 Kubikmeter. ft.
- 1 Kubikyard = 27 cu. ft.