Η πυκνότητα (D) είναι μια ποσότητα που ορίζεται ως μάζα (m) ανά μονάδα όγκου (v): D = m ÷ v. Δεδομένου ότι αυτές οι τρεις ποσότητες σχετίζονται, μπορείτε να βρείτε μία από αυτές εάν γνωρίζετε τις άλλες δύο. Αυτό είναι πιο χρήσιμο από ό, τι ακούγεται, επειδή η πυκνότητα είναι συχνά μια γνωστή ποσότητα που μπορείτε να αναζητήσετε, υποθέτοντας ότι γνωρίζετε τη σύνθεση του υλικού.
Οι υπολογισμοί είναι απλοί για στερεά αντικείμενα, αλλά τα πράγματα γίνονται πιο περίπλοκα για υγρά, όπου η πυκνότητα αλλάζει με τη θερμοκρασία και για τα αέρια, για τα οποία η πυκνότητα εξαρτάται από τη θερμοκρασία και πίεση.
Χρησιμοποιήστε συνεπείς μονάδες
Η εξίσωση που σχετίζεται με την πυκνότητα, τη μάζα και τον όγκο είναι απλή και σας επιτρέπει να υπολογίσετε την πυκνότητα ενός υλικού εάν μετρήσετε τη μάζα και τον όγκο του. Η μόνη προειδοποίηση είναι ότι πρέπει να κάνετε τις μετρήσεις στο ίδιο σύστημα.
Για παράδειγμα, εάν μετράτε τη μάζα σε χιλιόγραμμα, θα πρέπει να μετράτε τον όγκο σε κυβικά μέτρα και εάν μετράτε τον όγκο σε λίτρα, θα πρέπει να μετράτε τη μάζα σε λίβρες. Τα τρία συστήματα που είναι πιθανό να χρησιμοποιήσετε είναι CGS (εκατοστά, γραμμάρια, δευτερόλεπτα), MKS, (μέτρα, χιλιόγραμμα, δευτερόλεπτα) και British Imperial. Οι πιο χρησιμοποιούμενες μονάδες πυκνότητας σε αυτά τα τρία συστήματα είναι:
- CGS: γραμμάρια / κυβικό εκατοστό ή γραμμάρια / χιλιοστόλιτρο
- MKS: κιλά / κυβικό μέτρο
- Βρετανικά: λίβρες / κυβικό πόδι
Χρησιμοποιώντας τον υπολογισμό πυκνότητας, μάζας και όγκου
Παράδειγμα: Ας υποθέσουμε ότι έχετε ένα ποτήρι γεμάτο μυστηριώδη υδατική λύση. Ο υπολογισμός της πυκνότητάς του και η σύγκριση του με το καθαρό νερό μπορεί να βοηθήσει στον προσδιορισμό της σύνθεσής του.
Υπολογίζετε τον όγκο του διαλύματος μετρώντας τις διαστάσεις του ποτηριού και τη στάθμη του υγρού και διαπιστώνετε ότι είναι 355 ml. Δεδομένου ότι ένα χιλιοστόλιτρο είναι κυβικό εκατοστό, θα πρέπει να βρείτε τη μάζα σε γραμμάρια. Βρίσκετε ότι είναι 372 gm.
Η πυκνότητα είναι τότε 372 gm ÷ 355 ml = 1,05 gm / ml. Αυτό είναι λίγο πιο πυκνό από το καθαρό νερό (1 gm / ml), οπότε ό, τι διαλύεται στο νερό είναι σε χαμηλή συγκέντρωση.
Παράδειγμα: Βρίσκετε ένα μεγάλο βράχο με περίπου σφαιρικό σχήμα και θέλετε να μάθετε τη σύνθεσή του. Η εύρεση της πυκνότητας μπορεί να σας βοηθήσει να το προσδιορίσετε αυτό.
Υπολογίστε τον όγκο του βράχου μετρώντας τη διάμετρο του και διαιρώντας με 2 για να βρείτε την ακτίνα του (r).
Ο όγκος μιας σφαίρας είναι 4 / 3πr3, οπότε αν ο βράχος έχει ακτίνα 10 ίντσες, ο όγκος του είναι 418,67 κυβικές ίντσες.
Μετατροπή σε κυβικά πόδια πολλαπλασιάζοντας επί 0,00057. Το αποτέλεσμα είναι 0,239 κυβικά πόδια.
Εάν ο βράχος ζυγίζει 40 κιλά, η πυκνότητά του είναι 40 λίβρες / 0,239 πόδια3 = 167. 36 λίβρες / πόδια3. Αυτό είναι πολύ κοντά στην πυκνότητα του γρανίτη, οπότε υπάρχει καλή πιθανότητα ο βράχος να είναι συμπαγής γρανίτης.
Χρήση πινάκων πυκνότητας
Εάν έχετε ένα αντικείμενο από ένα γνωστό υλικό, μπορείτε να δείτε την πυκνότητά του σε έναν πίνακα. Αυτές οι πληροφορίες σάς επιτρέπουν να υπολογίσετε τον όγκο της ζυγίζοντας τις. Εάν γνωρίζετε ήδη τον όγκο του, μπορείτε να υπολογίσετε τη μάζα του. Η χρήση της αριθμομηχανής πυκνότητας, μάζας και όγκου απαιτεί απλώς την αναδιάταξη της εξίσωσης πυκνότητας για να εκφράσει την παράμετρο που θέλετε σε σχέση με τις άλλες δύο.
Παράδειγμα: Ας υποθέσουμε ότι έχετε ένα χρυσό άγαλμα και θέλετε να βρείτε τον όγκο του.
D = m ÷ v, έτσι v = m ÷ D
Βρίσκετε το άγαλμα ζυγίζει 2 κιλά. Σε έναν πίνακα, θα δείτε ότι η πυκνότητα του χρυσού είναι περίπου 19.300 kg / m3.
Συνδέοντας αριθμούς, η ένταση είναι 2 κιλά ÷ 19.300 kg / m3 = 0,0001 μ3 ή περίπου το δέκατο του λίτρου.
Παράδειγμα: Πόσο ζυγίζει ένα χιλιοστόλιτρο υδραργύρου;
D = m ÷ v, έτσι m = Dv
Η πυκνότητα του υδραργύρου είναι 13,6 g / ml, οπότε ένας όγκος 1 ml έχει μάζα 13,6 γραμμάρια.