La densité est une caractéristique utile. Chaque matériau a une densité caractéristique, et aucun n'est identique, vous pouvez donc utiliser la densité comme méthode d'identification. C'est ainsi qu'Archimède a réussi à déterminer si une couronne que le roi lui avait donnée était en or ou non.
La densité est définie comme la masse par unité de volume, ce qui signifie que si vous voulez calculer la densité de quelque chose, vous devez mesurer sa masse, puis calculer son volume. La formule de densité est
\rho = \frac{m}{V}
oùρest la densité,mest la masse etVest le volume du matériau.
Le calcul du volume est facile pour les figures régulières, telles que les cubes, les boîtes rectangulaires et les pyramides, car tout ce que vous avez à faire est de mesurer les dimensions et d'utiliser une formule. C'est aussi vrai pour les sphères.
Comment calculer le volume d'une sphère
La formule du volume d'une sphère est 4/3 × πr3, oùrest le rayon de la sphère. C'est assez simple, sauf qu'en pratique, il peut être difficile de mesurer le rayon. Même si vous disposez d'une projection 2D à l'échelle de la sphère avec laquelle travailler, il peut toujours être difficile de localiser le centre.
Il est généralement plus facile de mesurer le diamètre, qui est égal à deux fois le rayon. Ça signifier = ré/2, donc après avoir fait l'arithmétique, vous pouvez réécrire la formule du volume en termes de diamètre de cette façon :
V = \frac{1}{6} × πd^3
Masse d'une sphère vs. Poids
Il y a toujours une petite confusion entre masse et poids. La masse, qui est la quantité dont vous avez besoin pour déterminer la densité, est la résistance inertielle inhérente d'un corps à un changement de mouvement, mais le poids est la force exercée par la gravité sur le corps. La masse peut être mesurée en kilogrammes, mais le poids est mesuré en newtons. Dans le système impérial, l'unité de masse est la limace, tandis que le poids est mesuré en livres.
La convention est de peser les objets en kilogrammes dans le système SI, qui sont des unités de masse, et en livres dans le système impérial, qui sont des unités de poids. En effectuant des mesures à la surface de la Terre, il est généralement prudent d'ignorer ces distinctions, mais pas dans l'espace, où la force de gravité est différente.
Calcul de la densité d'une sphère
Une fois que vous avez pesé la sphère en question, vous avez une valeur pourm. Il ne vous reste plus qu'à calculer son volume (V), ce que vous pouvez faire si vous mesurez son diamètre,ré. La formule de densité estρ = m/V, et vous pouvez réorganiser cette formule de volume pour exprimer la relation en termes deré:
\begin{aligned} \rho &= \frac{m}{(1/6) × πd^3}\\ &=\frac{6m}{πd^3} \end{aligned}
Utilisation de la densité pour calculer la masse ou le volume d'une sphère
Supposons que vous ayez un boulet de canon entièrement en fer. Vous pouvez rechercher la densité du fer dans un tableau: 7,8 g/cm3. Vous pesez le boulet de canon et constatez qu'il pèse 20 livres. Vous avez maintenant suffisamment d'informations pour calculer son volume, alors réorganisez simplement la formule de densité pour résoudre V :V = m/ρ.
Il y a juste un problème. La densité est en unités métriques CGS et le poids est en unités impériales. Selon que vous voulez le volume en unités métriques ou impériales, vous pouvez soit convertir le poids en kilogrammes, soit rechercher la densité en livres par pouce cube. Utilisez l'une de ces conversions :
1 \;\text{lb} = 0,45359 \;\text{kg, donc } 20 \;\text{lbs} = 9,07 \;\text{kg} \\ 7,8 \;\text{g/cm}^3 = 0,28 \;\text{lb/in}^3
Alternativement, vous pouvez calculer le poids (masse) du boulet de canon si vous pouvez mesurer son diamètre. Utilisez cette formule :
m = \frac{1}{6}\rhoπd^3