מקורו של ארכימדס היה השיטה למציאת צפיפות באמצעות תזוזת מים. סיפור אחד של גילויו כולל את כתר הזהב של המלך, תכשיטן עשוי להיות אדיר ואמבטיה. נכון או לא, הסיפור שורד בגרסה כזו או אחרת בגלל חשיבות הגילוי של ארכימדס ולא אם התכשיטן באמת ניסה לרמות את המלך.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
חישוב צפיפות משתמש בנוסחה D = m ÷ v, כאשר D פירושו צפיפות, m פירושו מסה ו- v פירושו נפח. מצא מסה באמצעות סולם איזון, והשתמש בתזוזת מים כדי למצוא את נפח העצמים הלא סדירים. תזוזת מים עובדת מכיוון שכמות המים שנעקרה על ידי אובייקט שקוע במים שווה לנפח האובייקט. אם אובייקט שקוע בגליל מדורג מעלה את מפלס המים מ -40 מיליליטר ל -90 מיליליטר, שינוי הנפח של 50 מיליליטר שווה לנפח האובייקט בסנטימטרים מעוקבים.
הבנת צפיפות
לכל חומר יש מסה ותופס מקום. צפיפות, ערך מחושב, מודד את כמות החומר בחלל. כדי לחשב את צפיפות החומר, מצא את המסה ואת נפח האובייקט. חשב את הצפיפות של האובייקט בעזרת צפיפות הנוסחה שווה מסה חלקי נפח:
D = \ frac {m} {v}
מציאת מיסה
מציאת מסה מחייבת שימוש בסולם איזון. מרבית מאזני המסה מאזנים את האובייקט הלא ידוע מול מסה ידועה. דוגמאות לכך כוללות מאזני קרן משולשים ומאזנים אמיתיים, כמו הסולם הקלאסי שנראה במשרד לבדיקה. מאזניים אלקטרוניים עשויים להיות מוגדרים כמו מאזניים המוניים. מאזני האמבטיה, מלבד חוסר מידת הדיוק הנדרשת, מודדים משקל ולא מסה. מסה מודדת את כמות החומר באובייקט ואילו המשקל מודד את משיכת כוח הכבידה על מסת האובייקט.
מציאת נפח
מציאת נפח האובייקטים הגיאומטריים הרגילים משתמשת בנוסחאות סטנדרטיות. נפח של תיבה שווה אורך כפול רוחב כפול גובה, למשל. לא כל אובייקט, לעומת זאת, מתאים לנוסחה. עבור עצמים בעלי צורה לא סדירה, השתמש בשיטת תזוזת המים כדי למצוא את נפח האובייקט.
עקירת מים משתמשת במאפיין מסוים של מים: מיליליטר אחד (בקיצור מ"ל) מים תופס 1 ס"מ מעוקב (ס"מ3) שטח, או נפח, כאשר המים נמצאים בטמפרטורה סטנדרטית (0 מעלות צלזיוס) ולחץ (אטמוספירה אחת). עצם שקוע לחלוטין במים מעביר או מקזז נפח מים השווה לנפח האובייקט. לכן, אם אובייקט עוקר 62 מ"ל מים, נפח האובייקט שווה 62 ס"מ3.
שיטות לשימוש בתזוזת מים לאיתור נפח מחייבות שקיעה של האובייקט בנפח מים ידוע ומדידת השינוי בגובה המים. אם האובייקט נכנס לגליל מדורג או לכוס מדידה, אתה יכול לקרוא את המדידה ישירות. אם מפלס המים מתחיל ב 40 מ"ל ומשתנה ל 90 מ"ל לאחר שקיעת האובייקט, נפח האובייקט שווה לנפח מים סופי (90 מ"ל) פחות נפח מים ראשוני (40 מ"ל), או 50 מ"ל.
אם האובייקט אינו נכנס לגליל מדורג או לכוס מדידה, תוכלו למדוד את נפח המים העקורים בדרכים שונות. שיטה אחת מחייבת הצבת קערה במגש או קערה גדולה יותר. הקערה הפנימית חייבת להיות גדולה מספיק כדי להטביע את האובייקט לחלוטין. ממלאים את הקערה הפנימית מלאה במים לחלוטין. בזהירות, מבלי ליצור גלים או להתיז, החלק את החפץ לקערה, והניח למים העקורים להישפך לקערה או למגש הגדולים יותר. הסר את הקערה הפנימית בזהירות רבה, כך שלא ישפך מים נוספים. ואז למדוד את נפח המים בקערה הגדולה יותר. נפח זה שווה לנפח האובייקט.
בשיטה שנייה, אולי מעשית יותר, משתמשים גם בקערה. הקערה חייבת להיות גדולה מספיק כדי להטביע את האובייקט לחלוטין מבלי לעלות על גדותיו. התחל על ידי מילוי הקערה במים מספיקים כדי לכסות את האובייקט לחלוטין. לפני הוספת החפץ, סמן את קו המים בקערה. כמו הגליל המדורג, זה מסמן את נפח המים הראשוני. לאחר מכן, הוסף את האובייקט, וודא שהאובייקט מכוסה במים לחלוטין. סמן את קו המים הזה על הקערה. עכשיו, הסר בזהירות את האובייקט מהמים.
בשלב זה, יש לקבוע את השינוי בנפח המים. שיטה אחת מודדת את כמות המים הנדרשת להעלאת מפלס המים מקו הנפח ההתחלתי לקו הנפח הסופי. נפח זה שווה לנפח האובייקט. שיטה שנייה מודדת את כמות המים המשמשת למילוי הקערה לקו הראשון, ואז מודדת את כמות המים הנדרשת למילוי הקערה לקו השני. באמצעות הנוסחה נפח סופי פחות נפח התחלתי (vf - נאני) מניב את נפח האובייקט. אם נפח המים הראשוני שווה 900 מ"ל מים והנפח הסופי של המים שווה 1,250 מ"ל, נפח האובייקט הוא 1250 - 900 = 350 מ"ל, כלומר נפח האובייקט שווה 350 ס"מ3.
מציאת צפיפות
לאחר שמודדים את המסה והנפח של אובייקט, מציאת הצפיפות מחייבת הכנסת המדידות לנוסחת הצפיפות. לדוגמא, אם המסה הנמדדת שווה 875 גרם והנפח הנמדד שווה 350 ס"מ3ואז נוסחת הצפיפות הופכת ל:
D = \ frac {875} {350} = 2.50
2.50 גרם לסנטימטר מעוקב, בדרך כלל כתוב כ -2.50 גרם / ס"מ3.