Kuinka laskea komposiittitiheys

Massa ja tiheys - samoin kuin tilavuus, käsite, joka yhdistää nämä kaksi määrää, fyysisesti ja matemaattisesti - ovat kaksi fyysisen tieteen peruskäsitteitä. Tästä huolimatta ja vaikka massa, tiheys, tilavuus ja paino ovat mukana lukemattomissa miljoonissa laskelmissa maailmanlaajuisesti päivittäin, monet ihmiset sekoittuvat helposti näihin määriin.

​Tiheys,joka tarkoittaa sekä fyysisesti että päivittäisesti termien keskittymistä tietyssä määritellyssä tilassa, tarkoittaa yleensä "massatiheyttä" ja siten se viittaaaineen määrä tilavuusyksikköä kohti. Tiheyden ja painon suhteesta on runsaasti väärinkäsityksiä. Nämä ovat ymmärrettäviä ja helposti selvitettävissä useimmille tämän kaltaisella arvostelulla.

Lisäksi käsitekomposiittitiheyson tärkeää. Monet materiaalit koostuvat luonnollisesti seoksesta tai elementeistä tai rakennemolekyyleistä tai on valmistettu niistä, jokaisella on oma tiheytensä. Jos tiedät yksittäisten materiaalien suhteen toisiinsa kiinnostavassa kohteessa ja voit etsiä tai muuten selvittää niiden yksittäiset tiheydet, voit määrittää materiaalin yhdistetyn tiheyden muodossa kokonainen.

Tiheys on annettu kreikkalaiselle kirjaimelle rho (ρ), ja se on yksinkertaisesti jonkin massa jaettuna sen kokonaistilavuudella:

SI (kansainväliset standardi) -yksiköt ovat kg / m³, koska kilogrammat ja metrit ovat SI: n perusyksikköjä massalle ja siirtymälle ("etäisyys"). Monissa tosielämän tilanteissa grammat millilitrassa tai g / ml ovat kuitenkin mukavampi yksikkö. Yksi ml = 1 kuutiosenttimetri (cc).

Tietyn tilavuuden ja massan omaavan kohteen muoto ei vaikuta sen tiheyteen, vaikka se voi vaikuttaa kohteen mekaanisiin ominaisuuksiin. Samoin kahdella saman muodon (ja siten tilavuuden) ja massan esineellä on aina sama tiheys riippumatta siitä, miten massa jakautuu.

Kiinteä massapalloMja sädeRsen massa leviää tasaisesti pallolle ja kiinteälle massapallolleMja sädeRjonka massa on lähes kokonaan ohuessa ulommassa "kuoressa", sama tiheys.

Veden tiheys (H₂O) huoneenlämpötilassa ja ilmakehän paineessa määritellään tarkalleen 1 g / ml (tai vastaavasti 1 kg / l).

Muinaisen Kreikan päivinä Archimedes osoitti melko nerokkaasti, että kun esine uppoaa veteen (tai muuhun neste), sen kokema voima on yhtä suuri kuin syrjäytetyn veden massa kertaa painovoima (ts vesi). Tämä johtaa matemaattiseen ilmaisuun

Sanalla sanoen tämä tarkoittaa, että kohteen mitatun massan ja sen upotetun näennäismassan välinen ero jaettuna nesteen tiheydellä antaa upotetun kohteen tilavuuden. Tämä tilavuus on helposti havaittavissa, kun esine on säännöllisesti muotoiltu esine, kuten pallo, mutta yhtälö on kätevä laskettaessa outojen muotoisten esineiden tilavuuksia.

L on 1000 cc = 1000 ml. Maapinnan lähellä olevan painovoiman ansiosta kiihtyvyys ong= 9,80 m / s².

Koska 1 L = 1000 cm3 = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0,1 m × 0,1 m × 0,1 m) = 10^-3 m³, kuutiometrissä on 1 000 litraa. Tämä tarkoittaa, että massaton kuution muotoinen astia, joka on 1 m kummallakin puolella, mahtuu 1000 kg = 2 204 kiloa vettä, yli tonni. Muista, että metri on vain noin kolme ja neljäsosa jalkaa; vesi on ehkä "paksumpaa" kuin luulit!

Useimpien luonnonmaailman esineiden massa on levinnyt epätasaisesti kaikkialle, missä ne ovat. Oma ruumiisi on esimerkki; Voit määrittää massasi suhteellisen helposti jokapäiväisessä mittakaavassa ja jos sinulla on oikeat laitteet voisi määrittää kehosi tilavuuden upottamalla itsesi vesialtaaseen ja käyttämällä Archimedeksen periaate.

Mutta tiedät, että jotkut osat ovat paljon tiheämpiä kuin toiset (luu vs. esimerkiksi rasvaa), joten onpaikallinen vaihtelutiheydessä.

Joillakin esineillä voi olla yhtenäinen koostumus ja sitentasainen tiheyshuolimatta siitä, että se on valmistettu kahdesta tai useammasta alkuaineesta tai yhdisteestä. Tämä voi tapahtua luonnollisesti tiettyjen polymeerien muodossa, mutta se on todennäköisesti seurausta strategisesta valmistusprosessista, esim. Hiilikuituisista polkupyörän rungoista.

Tämä tarkoittaa, että toisin kuin ihmiskehon tapauksessa, saat näytteen saman tiheyden materiaalista riippumatta siitä mistä esineessä otit sen tai kuinka pieni se oli. Reseptilausekkeissa se on "täysin sekoitettu".

Yksinkertainen massatiheyskomposiitti materiaalittai materiaaleja, jotka on valmistettu kahdesta tai useammasta erillisestä materiaalista, joiden tiheys tunnetaan, voidaan laatia yksinkertaisella menetelmällä.

1. Selvitä seoksen kaikkien yhdisteiden (tai alkuaineiden) tiheydet. Nämä löytyvät monista online-taulukoista; katso esimerkki Resursseista.
2. Muunna kunkin elementin tai yhdisteen prosenttiosuus seokseen desimaaliluvuksi (luku välillä 0 ja 1) jakamalla 100: lla.
3. Kerro jokainen desimaali vastaavan yhdisteen tai elementin tiheydellä.
4. Lisää vaiheesta 3 saadut tuotteet yhteen. Tämä on seoksen tiheys samoissa yksiköissä, jotka on valittu alussa tai ongelmana.

Oletetaan esimerkiksi, että sinulle annetaan 100 ml nestettä, joka on 40 prosenttia vettä, 30 prosenttia elohopeaa ja 30 prosenttia bensiiniä. Mikä on seoksen tiheys?

Tiedät, että vedelle ρ = 1,0 g / ml. Taulukosta käy ilmi, että ρ = 13,5 g / ml elohopealle ja ρ = 0,66 g / ml bensiinille. (Tämä tekisi ennätykseksi erittäin myrkyllisen keiton.) Noudata yllä esitettyä menettelyä:

Elohopean suuri tiheys lisää seoksen kokonaistiheyttä selvästi veden tai bensiinin tiheyden yläpuolelle.

Joissakin tapauksissa, toisin kuin edellisessä tilanteessa, jossa haetaan vain todellista tiheyttä, hiukkaskomposiittien seossääntö tarkoittaa jotain erilaista. Se on tekninen huolenaihe, joka yhdistää lineaarisen rakenteen, kuten palkin, kokonaisresistenssin jännitykseen sen yksilön vastukseenkuitujamatriisiainesosat, koska tällaiset esineet suunnitellaan usein strategisesti vastaamaan tiettyjä kantavia vaatimuksia.

Tämä ilmaistaan ​​usein parametrina, joka tunnetaan nimelläkimmokerroinE​(kutsutaan myösYoungin moduuli, taikimmokerroin). Komposiittimateriaalien kimmokerroinlaskenta on algebrallisesta näkökulmasta melko yksinkertainen. Etsi ensin yksittäiset arvotEkuten taulukossa olevan taulukossa. Volyymien kanssaVjokaisen valitun näytteen komponentin tiedossa, käytä suhdetta

MissäE_Con seoksen moduuli ja tilauksetFjaMviittaavat kuitu- ja matriisikomponentteihin.

• Tämä suhde voidaan ilmaista myös (V_M + V​_​F​ ) = 1 taiV​_​M​ = (1 - ​V_F​ ).