Πώς να βρείτε την πυκνότητα ενός βράχου

Οι βράχοι διατίθενται σε διάφορα σχήματα, μεγέθη και συνθέσεις. Τα ιζηματογενή, πυριγενή και μεταμορφικά πετρώματα σχετίζονται μεταξύ τους ως διαφορετικά στάδια του κύκλου του βράχου. Η διαφοροποίηση ενός τύπου βράχου από τον άλλο μερικές φορές εξαρτάται από λεπτές διαφορές στα χαρακτηριστικά. Η πυκνότητα, σε συνδυασμό με παρατηρήσεις και πρόσθετες δοκιμές, βοηθά στον εντοπισμό και τη διαφοροποίηση ενός βράχου από τον άλλο. Δεδομένου ότι η πυκνότητα μετρά την αναλογία μάζας προς όγκο, ο υπολογισμός της πυκνότητας απαιτεί την ακριβή μέτρηση της μάζας και του όγκου.

Η εύρεση της πυκνότητας ενός βράχου απαιτεί τη μέτρηση της μάζας του βράχου σε γραμμάρια και του όγκου σε κυβικά εκατοστά. Αυτές οι τιμές ταιριάζουν στην εξίσωση:

όπου D σημαίνει πυκνότητα, m αντιπροσωπεύει μάζα, και V αντιπροσωπεύει όγκο. Εισαγάγετε τις τιμές και επιλύστε την πυκνότητα. Γενικά, οι μετρήσεις όγκου χρησιμοποιούν μετατόπιση νερού, εκμεταλλευόμενοι τη σχέση ότι ένα χιλιοστόλιτρο νερού καταλαμβάνει ένα κυβικό εκατοστό χώρου.

Οι βράχοι κυμαίνονται από μια συλλογή κρυστάλλων ενός ορυκτού έως μίγματα διαφορετικών ορυκτών. Τα μέταλλα μπορεί να είναι όλα μικροσκοπικά, όλα μακροσκοπικά ή ένα μείγμα μικροσκοπικών και μακροσκοπικών κρυστάλλων. Τα ορυκτά μπορούν να κατανέμονται ομοιόμορφα σε ολόκληρο το βράχο ή μπορεί να είναι διατεταγμένα σε στρώματα ή συστάδες. Για ακρίβεια, το δοκιμασμένο δείγμα πρέπει να περιλαμβάνει όλα τα μέταλλα του βράχου. Επίσης, το δείγμα δεν πρέπει να έχει ξεπερασμένες επιφάνειες. Η διαδικασία καιρού αλλάζει την αρχική ορυκτολογία, η οποία αλλάζει επίσης την πυκνότητα. Έτσι, για να μετρηθεί με ακρίβεια η συνολική πυκνότητα, το δείγμα βράχου που επιλέγεται πρέπει να αντιπροσωπεύει όλα τα ορυκτά στην ίδια αναλογία με τη μεγαλύτερη μάζα βράχου. Γενικά, οι γεωλόγοι επιλέγουν ένα δείγμα χεριού, ένα δείγμα βράχου για το μέγεθος μιας γροθιάς ή του μπέιζμπολ. Ένα πολύ μικρό δείγμα βράχου μπορεί να μην αντιπροσωπεύει την ορυκτολογία ολόκληρης της μάζας βράχου, ενώ ένα πολύ μεγάλο δείγμα προκαλεί την ικανότητα ακριβούς μέτρησης μάζας ή όγκου ή και των δύο.

Οι έννοιες της μάζας και του βάρους μπερδεύουν πολλούς ανθρώπους. Η μάζα μετρά την ποσότητα της ύλης σε ένα αντικείμενο, ενώ το βάρος μετρά την έλξη της βαρύτητας σε μια μάζα. Η σύγχυση προκύπτει επειδή στη Γη η βαρυτική έλξη ισούται με 1, έτσι η μάζα και το βάρος διαφέρουν μόνο από μικρές ποσότητες, επηρεασμένες από την ανύψωση και τους υποκείμενους τεράστιους βράχους.

Η ακριβής μέτρηση της μάζας απαιτεί κλίμακα ισορροπίας. Ηλεκτρονικές ζυγαριές, ζυγοί τριπλής δέσμης ή άλλες κλίμακες ζυγομέτρησης μετρούν τη μάζα. Οι βασικές κλίμακες βάρους όπως οι ζυγαριές μπάνιου γενικά δεν παρέχουν την απαραίτητη ακρίβεια για την εύρεση μάζας. Κάθε κλίμακα μάζας έχει συγκεκριμένες κατευθύνσεις, αλλά η γενική τεχνική θέτει την κλίμακα να ισορροπεί στο μηδέν, τοποθετεί το βράχο στο τηγάνι, ισορροπεί την κλίμακα και μετά διαβάζει άμεσα τη μάζα του δείγματος. Κατά τη μέτρηση της μάζας, καταγράψτε τις μονάδες σε γραμμάρια.

Ο όγκος, πολύ απλά, μετρά το χώρο που καταλαμβάνει ένα αντικείμενο. Η εύρεση του όγκου των κανονικών γεωμετρικών σχημάτων όπως σφαίρες, κύβοι και κουτιά χρησιμοποιεί καθιερωμένο τύπο. Δυστυχώς, οι βράχοι έρχονται σπάνια σε γεωμετρικά σχήματα. Η εύρεση όγκου συνεπώς απαιτεί μια ειδική τεχνική. Ο Αρχιμήδης ανακάλυψε μετατόπιση νερού και η εύρεση όγκου με τη μετατόπιση νερού απαιτεί λίγη σκέψη και ένα άγγιγμα επιδεξιότητας. Επίσης, να θυμάστε ότι ένα κυβικό εκατοστό νερού ισούται με ένα χιλιοστόλιτρο νερού.

Μετατόπιση νερού σημαίνει ότι ένα αντικείμενο που τοποθετείται στο νερό μετατοπίζει όγκο νερού ίσο με τον όγκο του αντικειμένου. Για παράδειγμα, ένα αντικείμενο με όγκο 5 κυβικά εκατοστά βυθισμένο σε δοχείο νερού θα εκτοπίσει 5 χιλιοστόλιτρα νερού. Εάν το δοχείο έχει μετρήσεις, μια αρχική ένδειξη 10 χιλιοστόλιτρα νερού θα αλλάξει σε 15 χιλιοστόλιτρα αφού το αντικείμενο 5 κυβικών εκατοστών βυθιστεί στο νερό.

Η εύρεση όγκου μέσω μετατόπισης νερού απαιτεί την τοποθέτηση του δείγματος βράχου σε ένα δοχείο με μετρημένα σημάδια όγκου, όπως ένα κύπελλο μέτρησης. Πριν προσθέσετε το βράχο, τοποθετήστε αρκετό νερό στο κύπελλο, έτσι ώστε ο βράχος να βυθιστεί πλήρως. Μετρήστε τον όγκο του νερού. Προσθέστε το βράχο, φροντίζοντας να μην κολλάνε φυσαλίδες στο βράχο. Μετρήστε τον προκύπτον όγκο νερού. Αφαιρέστε την αρχική, μόνο νερό, όγκο από τον τελικό, νερό και βράχο, όγκο για να βρείτε τον όγκο του βράχου. Έτσι, εάν ο αρχικός όγκος νερού είναι 30 χιλιοστόλιτρα και ο τελικός όγκος νερού συν βράχος είναι 45 χιλιοστόλιτρα, ο όγκος του βράχου μόνο είναι 45-30 = 15 χιλιοστόλιτρα ή 15 κυβικά εκατοστά. Φυσικά, οι αριθμοί στη φύση, όπως ο βράχος, πιθανότατα δεν θα είναι ακόμη και αριθμοί.

Εάν ο βράχος δεν χωράει ένα κύπελλο μέτρησης, χρησιμοποιήστε ένα δοχείο αρκετά μεγάλο για να βυθίσετε το βράχο. Τοποθετήστε το δοχείο σε ένα δίσκο. Γεμίστε το δοχείο εντελώς γεμάτο νερό. Προσεκτικά, χωρίς κύματα ή πιτσίλισμα, σύρετε το βράχο στο νερό. Όλο το νερό που χύνεται από το δοχείο πρέπει να συλλαμβάνεται στον υποκείμενο δίσκο. Αφαιρέστε πολύ προσεκτικά το δοχείο από το δίσκο χωρίς να χύσετε κατά λάθος περισσότερο νερό στο δίσκο. Μετρήστε το σκόπιμα χυμένο νερό στο δίσκο για να προσδιορίσετε τον όγκο του βράχου. Η ποσότητα νερού που μετατοπίζεται από το δοχείο από το βράχο και συλλαμβάνεται στο δίσκο ισούται με τον όγκο του βράχου.

• Μερικά ιζηματογενή πετρώματα, όπως ψαμμίτης, διαλύονται όταν βυθίζονται στο νερό. Μια αποδεκτή μέθοδος για να σταματήσει αυτή η υποβάθμιση του δείγματος χρησιμοποιεί λεπτά στρώματα κεριού για την προστασία του δείγματος. Βυθίστε το δείγμα αρκετές φορές σε λιωμένο κερί, αφήνοντας το κερί να κρυώσει ελαφρώς μεταξύ των στρωμάτων. Αφήστε το κερί να κρυώσει εντελώς και, στη συνέχεια, βρείτε τη μάζα του βράχου με την επικάλυψη κεριού. Αφαιρέστε τη μάζα που περικλείεται από κερί από τη μάζα μόνο βράχου για να βρείτε τη μάζα του κεριού. Χρησιμοποιήστε τη μέθοδο μετατόπισης νερού για να βρείτε τον συνολικό όγκο. Χρησιμοποιήστε τον τύπο πυκνότητας (η πυκνότητα του κεριού παραφίνης κυμαίνεται από 0,88 έως 0,92) για να βρείτε τον όγκο του κεριού. Αφαιρέστε τον όγκο του κεριού από τον μετρούμενο συνολικό όγκο για να βρείτε τον όγκο του δείγματος βράχου.

Ο υπολογισμός της πυκνότητας από τη μάζα και τον όγκο απαιτεί έναν απλό τύπο: η πυκνότητα ισούται με τη μάζα διαιρούμενη με τον όγκο. Έτσι, εάν η μετρούμενη μάζα βράχου ισούται με 984,2 γραμμάρια και ο μετρημένος όγκος ισούται με 382,9 χιλιοστόλιτρα, χρησιμοποιώντας τον τύπο δίνει την εξίσωση:

που δείχνει την πυκνότητα του δείγματος ισούται με 2,57 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό.