כיצד קשורים צפיפות, מסה ונפח?

​צְפִיפוּתמתאר את היחס בין מסה לנפח של אובייקט או חומר.מסהמודד את ההתנגדות של חומר כדי להאיץ כאשר כוח פועל עליו. על פי חוק התנועה השני של ניוטון (F = אמא), הכוח הנקי הפועל על אובייקט שווה לתוצר תאוצה כפול המסה שלו.

הגדרה פורמלית זו של מסה מאפשרת לך לשים אותה בהקשרים אחרים כגון חישוב אנרגיה, מומנטום, כוח צנטריפטלי וכוח כבידה. מכיוון שכוח המשיכה כמעט זהה על פני כדור הארץ, המשקל הופך לאינדיקטור טוב למסה. הגדלת וירידה בכמות החומר הנמדד מגדילה ומורידה את מסת החומר.

• צפיפות אובייקט היא היחס בין מסה לנפח של אובייקט. המסה היא עד כמה היא מתנגדת לתאוצה כאשר מופעל עליה כוח ובדרך כלל פירושה כמה יש חפץ או חומר. נפח מתאר כמה מקום אובייקט תופס. ניתן להשתמש בכמויות אלה לקביעת לחץ, טמפרטורה ותכונות אחרות של גזים, מוצקים ונוזלים.

קיים קשר ברור בין מסה, צפיפות ונפח. שלא כמו מסה ונפח, הגדלת כמות החומר הנמדדת אינה מגדילה או מורידה את הצפיפות. במילים אחרות, הגדלת כמות המים המתוקים מ 10 גרם ל 100 גרם תשנה גם את הנפח מ 10 מיליליטר ל 100 מיליליטר אבל הצפיפות נשארת 1 גרם למיליליטר (100 גרם ÷ 100 מ"ל = 1 g / mL).

זה הופך את הצפיפות למאפיין שימושי בזיהוי חומרים רבים. עם זאת, מכיוון שנפח חורג עם שינויים בטמפרטורה ולחץ, הצפיפות יכולה להשתנות גם עם הטמפרטורה והלחץ.

למסה נתונה וכרך,כמה שטח פיזי חומר תופס, של אובייקט או חומר, הצפיפות נשארת קבועה בטמפרטורה ולחץ נתונים. המשוואה למערכת יחסים זו היא

בוρ(rho) הוא צפיפות,Mהוא המוני ווהוא נפח, מה שהופך את יחידת הצפיפות לק"ג / מ '³. הדדיות הצפיפות (1/ρ) ידוע בשםווליום ספציפי, נמדד ב- m³ /kg.

נפח מתאר כמה שטח חומר תופס וניתן בליטרים (SI) או גלונים (אנגלית). נפח החומר נקבע על ידי כמה חומר קיים ובאיזו קרבה חלקיקי החומר נארזים יחד.

כתוצאה מכך, הטמפרטורה והלחץ יכולים להשפיע מאוד על נפח החומר, במיוחד על גזים. כמו במסה, הגדלת וירידה בכמות החומר גם מגדילה ומפחיתה את נפח החומר.

עבור גזים, הנפח תמיד שווה למיכל בו נמצא הגז. פירוש הדבר שלגזים ניתן לקשר את הנפח לטמפרטורה, לחץ וצפיפות באמצעות חוק הגז האידיאלי

בופהוא לחץ בכספומט (יחידות אטמוספריות),והוא נפח במ '³ (קוביות מטר),נהוא מספר השומות של הגז,רהוא קבוע הגז האוניברסלי (ר= 8.314 J / (mol x K)) ו-טהיא הטמפרטורה של הגז בקלווין.

•••סייד חוסיין את'ר

שלושה חוקים נוספים מתארים את היחסים בין נפח, לחץ וטמפרטורה כאשר הם משתנים כאשר כל שאר הכמויות מוחזקות קבועות. המשוואות ידועות כחוק בויל, חוק גיי-לוסאק וחוק צ'ארלס, בהתאמה.

בכל חוק, המשתנים שמאליים מתארים נפח, לחץ וטמפרטורה בנקודת זמן ראשונית ואילו המשתנים הימניים מתארים אותם בנקודת זמן מאוחרת אחרת. הטמפרטורה קבועה בחוק בויל, הנפח קבוע בחוק גיי-לוסאק והלחץ קבוע בחוק צ'ארלס.

שלושת החוקים הללו עוקבים אחר אותם עקרונות של חוק הגז האידיאלי, אך מתארים את השינויים בהקשרים של טמפרטורה, לחץ או נפח המוחזקים קבועים.

אף על פי שאנשים בדרך כלל משתמשים במסה כדי להתייחס לכמה חומר קיים או כמה חומר כבד, הדרכים השונות אנשים מתייחסים להמונים של תופעות מדעיות שונות פירושם שמאסה זקוקה להגדרה מאוחדת יותר שתקיף את כל אלה שימושים.

מדענים מדברים בדרך כלל על חלקיקים תת-אטומיים, כגון אלקטרונים, בוזונים או פוטונים, כבעל כמות קטנה מאוד של מסה. אבל המוני של החלקיקים הללו הם למעשה רק אנרגיה. בעוד שמסת הפרוטונים והנייטרונים מאוחסנים בגלואונים (החומר שמחזיק פרוטונים ונויטרונים ביחד), מסתו של אלקטרון זניחה הרבה יותר בהתחשב בכך שאלקטרונים קלים פי 2000 מפרוטונים ונויטרונים.

גלואונים מהווים כוח גרעיני חזק, אחד מארבעת כוחות היסוד של היקום לצד כוח אלקטרומגנטי, כוח הכבידה והכוח הגרעיני החלש, בשמירה על קשירת נויטרונים ופרוטונים יַחַד.

אף על פי שגודל היקום כולו אינו ידוע בדיוק, היקום הנצפה, החומר ביקום אותו חקרו מדענים, הוא בעל מסה של בערך 2 x 10⁵⁵ g, כ- 25 מיליארד גלקסיות בגודל שביל החלב. זה משתרע על 14 מיליארד שנות אור כולל חומר אפל, חומר שמדענים אינם בטוחים לחלוטין ממה הוא עשוי וחומר זוהר, מה מהווה כוכבים וגלקסיות. צפיפות היקום היא כ -3 x 10^-30 g / cm³.

מדענים מעלים הערכות אלה על ידי התבוננות בשינויים ברקע המיקרוגל הקוסמי (חפצים של קרינה אלקטרומגנטית משלבים פרימיטיביים של היקום), מקבצי-על (אשכולות גלקסיות) וגרעין-נוקלאוזינתזה של המפץ הגדול (ייצור גרעינים שאינם מימן בשלבים הראשונים של עוֹלָם).

מדענים חוקרים את התכונות הללו של היקום כדי לקבוע את גורלו, בין אם הוא ימשיך להתרחב או בשלב מסוים להתמוטט בפני עצמו. ככל שהיקום ממשיך להתרחב, נהגו המדענים לחשוב שכוחות הכבידה נותנים לאובייקטים כוח אטרקטיבי זה לזה להאט את ההתפשטות.

אך בשנת 1998, תצפיות טלסקופ החלל האבל על סופר-נובות רחוקות הראו כי היקום הוא התפשטות היקום גדל עם הזמן. אף על פי שמדענים לא הבינו מה בדיוק גורם להאצה, הרחבה זו האצה הובילה את המדענים לתיאוריה כי אנרגיה אפלה, השם לתופעות לא ידועות זו, הייתה עושה זאת הסבירו זאת.

נותרו תעלומות רבות לגבי המסה ביקום, והן מהוות את רוב המסה של היקום. כ -70% מאנרגיית המסה ביקום מקורם באנרגיה אפלה וכ -25% מחומר אפל. רק כ -5% מגיעים מחומר רגיל. תמונות מפורטות אלה של סוגים שונים של מסות ביקום מראות עד כמה מסה יכולה להיות מגוונת בהקשרים מדעיים שונים.

כוח הכבידה של אובייקט במים והכוח צףששומר אותו כלפי מעלה קבע אם אובייקט צף או שוקע. אם הכוח או הצפיפות הצפה של האובייקט גדולים מזו של הנוזל, הוא צף, ואם לא, הוא שוקע.

צפיפות הפלדה גבוהה בהרבה מצפיפות המים אך מעוצבת כראוי, צפיפות עשויה להיות מופחתת עם חללי אוויר ויצירת ספינות פלדה. צפיפות המים הגדולה מצפיפות הקרח מסבירה גם מדוע קרח צף במים.

​כוח משיכה ספציפיהוא צפיפותו של חומר חלקי צפיפות חומר הייחוס. התייחסות זו היא או אוויר ללא מים לגזים או מים מתוקים לנוזלים ומוצקים.