ठोस पदार्थों के घनत्व का निर्धारण कैसे करें

जब आप शब्द देखते या सुनते हैंघनत्व,यदि आप इस शब्द से बिल्कुल भी परिचित हैं, तो यह आपके दिमाग में "भीड़-नस्ल" की छवियों को सम्मन करता है: जाम से भरी शहर की सड़कें, मान लें, या आपके पार्क के एक हिस्से में पेड़ों की असामान्य मोटाई अड़ोस - पड़ोस।

और संक्षेप में, यही घनत्व को संदर्भित करता है: किसी चीज की एकाग्रता, दृश्य में किसी भी चीज की कुल मात्रा पर जोर देने के साथ नहीं बल्कि उपलब्ध स्थान में कितना वितरित किया गया है।

भौतिक विज्ञान की दुनिया में घनत्व एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। यह बुनियादी से संबंधित होने का एक तरीका प्रदान करता हैमामला -रोजमर्रा की जिंदगी की चीजें जो आमतौर पर (लेकिन हमेशा नहीं) देखी और महसूस की जा सकती हैं या कम से कम किसी तरह कब्जा कर ली जा सकती हैं एक प्रयोगशाला सेटिंग में माप में - मूल स्थान के लिए, उसी ढांचे का उपयोग हम नेविगेट करने के लिए करते हैं विश्व। अकेले ठोस पदार्थ के दायरे में भी, पृथ्वी पर विभिन्न प्रकार के पदार्थों में बहुत भिन्न घनत्व हो सकते हैं।

ठोस पदार्थों का घनत्व माप तरल पदार्थ और गैसों के घनत्व को परखने में नियोजित विधियों से भिन्न विधियों का उपयोग करके किया जाता है। घनत्व को मापने का सबसे सटीक तरीका अक्सर प्रयोगात्मक स्थिति पर निर्भर करता है, और इस पर भी निर्भर करता है कि आपका नमूने में ज्ञात भौतिक और रासायनिक गुणों या बहु के साथ केवल एक प्रकार का पदार्थ (सामग्री) शामिल है प्रकार।

भौतिकी में,सामग्री के एक नमूने का घनत्व केवल उसके आयतन से विभाजित नमूने के कुल द्रव्यमान का होता है, इस बात की परवाह किए बिना कि नमूने में मामला कैसे वितरित किया जाता है (एक चिंता जो प्रश्न में ठोस के यांत्रिक गुणों को प्रभावित करती है)।

किसी ऐसी चीज़ का उदाहरण जिसमें किसी दी गई सीमा के भीतर अनुमानित घनत्व होता है, लेकिन इसके स्तर भी बहुत भिन्न होते हैं संपूर्ण घनत्व, मानव शरीर है, जो पानी, हड्डी और अन्य प्रकार के कमोबेश निश्चित अनुपात से बना है ऊतक। घनत्व ग्रीक अक्षर rho का उपयोग करके व्यक्त किया जाता है:

घनत्व और द्रव्यमान दोनों अक्सर भ्रमित होते हैंवजन, हालांकि शायद अलग कारणों से। भार केवल पदार्थ, या द्रव्यमान पर कार्य करने वाले गुरुत्वाकर्षण के त्वरण से उत्पन्न बल है:

पृथ्वी पर, गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण का मान 9.8 m/s. है². एद्रव्यमान10 किग्रा का इस प्रकार a. हैवजनका (10 किग्रा)(9.8 मी/से²) = 98 न्यूटन (एन)।

वजन स्वयं भी घनत्व के साथ भ्रमित होता है, साधारण कारण यह है कि एक ही आकार की दो वस्तुओं को देखते हुए, उच्च घनत्व वाले एक का वजन वास्तव में अधिक होगा। यह पुराने ट्रिक प्रश्न का आधार है, "किसका वजन अधिक है, एक पाउंड पंख या एक पाउंड सीसा?" एक पाउंड एक पाउंड है कोई फर्क नहीं पड़ता क्या, लेकिन यहाँ कुंजी यह है कि पंखों का पाउंड सीसा के एक पाउंड की तुलना में कहीं अधिक जगह लेगा क्योंकि सीसा कहीं अधिक है घनत्व।

घनत्व से निकटता से संबंधित एक भौतिकी शब्द हैविशिष्ट गुरुत्व(एसजी)। यह किसी दिए गए पदार्थ का घनत्व है जो पानी के घनत्व से विभाजित होता है। पानी के घनत्व को सामान्य कमरे के तापमान, 25 डिग्री सेल्सियस पर ठीक 1 ग्राम/एमएल (या समकक्ष, 1 किग्रा/ली) के रूप में परिभाषित किया गया है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एसआई (अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली, या "मीट्रिक") इकाइयों में एक लीटर की परिभाषा पानी की मात्रा है जिसका द्रव्यमान 1 किलो है।

सतह पर, यह एसजी को जानकारी का एक छोटा सा टुकड़ा बनाने के लिए प्रतीत होता है: 1 से विभाजित क्यों करें? दरअसल, इसके दो कारण हैं। एक यह है कि पानी और अन्य सामग्रियों का घनत्व कमरे के तापमान की सीमा के भीतर भी तापमान के साथ थोड़ा भिन्न होता है, इसलिए जब सटीक माप की आवश्यकता होती है, तो इस भिन्नता को ध्यान में रखना होगा क्योंकि का मान तापमान है आश्रित।

इसके अलावा, जबकि घनत्व में g/mL या इसी तरह की इकाइयाँ होती हैं, SG इकाई रहित होता है, क्योंकि यह केवल घनत्व द्वारा विभाजित घनत्व है। तथ्य यह है कि यह मात्रा केवल एक स्थिर है, घनत्व से संबंधित कुछ गणनाओं को आसान बनाता है।

शायद ठोस पदार्थों के घनत्व का सबसे बड़ा व्यावहारिक अनुप्रयोग में निहित हैआर्किमिडीज का सिद्धांत, इसी नाम के एक यूनानी विद्वान द्वारा सहस्राब्दी पहले खोजा गया था। यह सिद्धांत इस बात पर जोर देता है कि जब कोई ठोस वस्तु किसी तरल पदार्थ में रखी जाती है, तो वह वस्तु ऊपर की ओर जाल के अधीन होती हैउत्प्लावक बलके बराबरवजनविस्थापित द्रव का।

यह बल वस्तु पर इसके प्रभाव की परवाह किए बिना समान है, जो इसे सतह की ओर धकेलने के लिए हो सकता है (यदि वस्तु का घनत्व द्रव के घनत्व से कम है), तो इसे अनुमति दें पूरी तरह से तैरने के लिए (यदि वस्तु का घनत्व द्रव के घनत्व के बिल्कुल बराबर है) या इसे डूबने दें (यदि वस्तु का घनत्व उससे अधिक है तरल)।

प्रतीकात्मक रूप से, इस सिद्धांत को इस प्रकार व्यक्त किया जाता हैएफ_ख = डब्ल्यू_एफ,कहां हैएफ​_ख उत्प्लावक बल है औरवू​_एफ विस्थापित द्रव का भार है।

किसी ठोस पदार्थ का घनत्व ज्ञात करने के लिए प्रयुक्त विभिन्न विधियों में से,हीड्रास्टाटिक वजनपसंदीदा है क्योंकि यह सबसे सटीक है, यदि सबसे सुविधाजनक नहीं है। ब्याज की अधिकांश ठोस सामग्री आसानी से गणना की गई मात्रा के साथ स्वच्छ ज्यामितीय आकृतियों के रूप में नहीं होती है, जिसके लिए मात्रा के अप्रत्यक्ष निर्धारण की आवश्यकता होती है।

यह जीवन के कई क्षेत्रों में से एक है जो आर्किमिडीज का सिद्धांत काम आता है। एक विषय को हवा और ज्ञात घनत्व के तरल पदार्थ दोनों में तौला जाता है (पानी स्पष्ट रूप से एक उपयोगी विकल्प है)। यदि ६० किग्रा (डब्ल्यू = ५८८ एन) के "भूमि" द्रव्यमान वाली वस्तु वजन के लिए डुबोए जाने पर ५० लीटर पानी को विस्थापित करती है, तो इसका घनत्व ६० किग्रा/५० एल = १.२ किग्रा/लीटर होना चाहिए।

यदि, इस उदाहरण में, आप चाहते हैं कि इस घनीभूत-पानी की वस्तु को उत्प्लावन बल के अतिरिक्त ऊपर की ओर बल लगाकर निलंबित रखा जाए, तो इस बल का परिमाण क्या होगा? आप केवल विस्थापित पानी के वजन और वस्तु के वजन के बीच अंतर की गणना करते हैं: 588 एन - (50 किलो) (9.8 मीटर/सेकेंड)²) = 98 एन।

• इस परिदृश्य में, वस्तु के आयतन का १/६वाँ भाग पानी के ऊपर चिपका रहेगा, क्योंकि पानी वस्तु की तुलना में केवल ५/६वाँ घना है (१ g/mL बनाम १ g/mL)। 1.2 ग्राम/एमएल)।

कभी-कभी आपको एक ऐसी वस्तु के साथ प्रस्तुत किया जाता है जिसमें एक से अधिक प्रकार की सामग्री होती है, लेकिन मानव शरीर के उदाहरण के विपरीत, इन सामग्रियों को समान रूप से वितरित किया जाता है। यही है, यदि आप सामग्री का एक छोटा सा नमूना लेते हैं, तो इसका सामग्री ए से सामग्री बी का समान अनुपात होगा जैसा कि पूरी वस्तु में होता है।

एक स्थिति जिसमें ऐसा होता है वह संरचनात्मक इंजीनियरिंग में होता है, जहां बीम और अन्य सहायक तत्व अक्सर दो प्रकार की सामग्री से बने होते हैं: मैट्रिक्स (एम) और फाइबर (एफ)। यदि आपके पास इन दो तत्वों के ज्ञात आयतन अनुपात से बने इस बीम का एक नमूना है, और उनके व्यक्तिगत घनत्व को जानते हैं, तो आप समग्र (ρ) के घनत्व की गणना कर सकते हैं।_सी) निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करते हुए:

जहां_एफ और_म और वी_एफ और वीएम प्रत्येक प्रकार की सामग्री के घनत्व और आयतन अंश (यानी, फाइबर या मैट्रिक्स से युक्त बीम का प्रतिशत, दशमलव संख्या में परिवर्तित) हैं।

​उदाहरण:एक रहस्यमय वस्तु के १,०००-एमएल नमूने में ७० प्रतिशत चट्टानी सामग्री होती है जिसमें ५ ग्राम/एमएल का घनत्व होता है और २ ग्राम/एमएल के घनत्व के साथ ३० प्रतिशत जेल जैसी सामग्री होती है। वस्तु का घनत्व (समग्र) क्या है?