როგორ განვსაზღვროთ მყარი მასალების სიმჭიდროვე

როდესაც ხედავ ან ისმენ სიტყვასსიმჭიდროვე,თუ თქვენ საერთოდ იცნობთ ამ ტერმინს, ის, სავარაუდოდ, თქვენს გონებაში იძახებს "ხალხმრავლობის" სურათებს: ჯამში შეფუთული ქალაქის ქუჩები, ვთქვათ, ან ხეების უჩვეულო სისქე პარკის ნაწილში თქვენს პარკში სამეზობლო.

და სინამდვილეში, სწორედ ამას ეხება სიმჭიდროვე: რაღაცის კონცენტრაცია, აქცენტი გაკეთებულია არა სცენაზე რაიმეს მთლიანი რაოდენობაზე, არამედ რამდენზეა განაწილებული არსებულ სივრცეში.

სიმჭიდროვე არის კრიტიკული ცნება ფიზიკურ მეცნიერებათა სამყაროში. ის გთავაზობთ საბაზისო ურთიერთობის გზასმნიშვნელობა -ყოველდღიური ცხოვრების საგნები, რომლებიც ჩვეულებრივ (მაგრამ არა ყოველთვის) ჩანს და იგრძნობა ან თუნდაც როგორმე დაიჭირეს ლაბორატორიულ გარემოში გაზომვისას - ძირითადი სივრცე, ის ჩარჩო, რომელსაც ვიყენებთ ნავიგაციისთვის სამყარო დედამიწაზე სხვადასხვა სახის მატერიებს შეიძლება ჰქონდეთ ძალიან განსხვავებული სიმჭიდროვე, თუნდაც მხოლოდ მყარი მატერიის სფეროში.

მყარი ნივთიერებების სიმკვრივის გაზომვა ხორციელდება სითხისა და გაზების სიმკვრივის გამოკვლევაში გამოყენებული მეთოდებისგან განსხვავებით. სიმკვრივის გაზომვის ყველაზე ზუსტი მეთოდი ხშირად დამოკიდებულია ექსპერიმენტულ სიტუაციაზე და იმაზე, რამდენად არის თქვენი ნიმუში შეიცავს მხოლოდ ერთი ტიპის მატერიას (მასალას), რომელსაც აქვს ცნობილი ფიზიკური და ქიმიური თვისებები ან მრავლობითი ტიპები.

ფიზიკაშიმასალის ნიმუშის სიმკვრივე მხოლოდ ნიმუშის მთლიანი მასაა დაყოფილი მისი მოცულობითგანურჩევლად იმისა, თუ როგორ ნაწილდება ნიმუში ნივთიერება (შეშფოთება გავლენას ახდენს მოცემული მყარი ნივთიერების მექანიკურ თვისებებზე).

ისეთი რამის მაგალითი, რომელსაც აქვს პროგნოზირებადი სიმკვრივე მოცემულ დიაპაზონში, მაგრამ ასევე მნიშვნელოვნად განსხვავდება მთლიანი სიმკვრივე არის ადამიანის სხეული, რომელიც შედგება წყლის, ძვლისა და სხვა სახის მეტნაკლებად ფიქსირებული თანაფარდობით ქსოვილი. სიმჭიდროვე გამოიხატება ბერძნული ასო rho- ს გამოყენებით:

სიმკვრივე და მასა ხშირად ერთმანეთში ერევაწონა, თუმცა ალბათ განსხვავებული მიზეზების გამო. წონა არის უბრალოდ ძალა, რომელიც გამოწვეულია მატერიაზე ან მასაზე მოქმედი სიმძიმის აჩქარებით:

დედამიწაზე, სიმძიმის გამო დაჩქარებას აქვს 9.8 მ / წმ². ამასა10 კგ-დან ამრიგად აქვსწონა(10 კგ) (9.8 მ / წმ)²) = 98 ნიუტონი (N).

წონა თავისთავად ასევე ერევა სიმკვრივეს, იმ მარტივი მიზეზის გამო, რომ მოცემულია ორი იმავე ზომის ობიექტი, უფრო მაღალი სიმკვრივის მქონე ერთი სინამდვილეში უფრო მეტს იწონის. ეს არის ძველი შეასრულა კითხვის საფუძველი: "რომელი იწონის მეტს, ბუმბულის ფუნტი თუ ტყვია?" ფუნტი არის ფუნტი არ აქვს მნიშვნელობა რა, მაგრამ აქ მთავარია, რომ ბუმბულის გირვანქა გაცილებით მეტ ადგილს დაიკავებს, ვიდრე ტყვიის გირვანქა ტყვიის გაცილებით მეტი სიმკვრივე

ფიზიკის ტერმინი, რომელიც მჭიდროდ უკავშირდება სიმკვრივეს, არისსპეციფიკური სიმძიმე(სგ) ეს მხოლოდ მოცემული მასალის სიმკვრივეა, რომელიც იყოფა წყლის სიმკვრივეზე. წყლის სიმკვრივე განისაზღვრება ზუსტად 1 გ / მლ (ან ეკვივალენტურად, 1 კგ / ლ) ნორმალური ოთახის ტემპერატურაზე, 25 ° C. ეს იმიტომ ხდება, რომ SI (საერთაშორისო სისტემა, ან "მეტრული") ერთეულებში ლიტრის განსაზღვრა არის წყლის რაოდენობა, რომლის მასაა 1 კგ.

როგორც ჩანს, ეს, როგორც ჩანს, SG- ს საკმაოდ ტრივიალურ ინფორმაციად აქცევს: რატომ იყოფა 1-ზე? სინამდვილეში, ორი მიზეზი არსებობს. ერთია, რომ წყლისა და სხვა მასალების სიმკვრივე ოდნავ იცვლება ტემპერატურის პირობებში ოთახის ტემპერატურის ფარგლებშიც კი, როდესაც ზუსტი გაზომვებია საჭირო, ამ ვარიაციის გათვალისწინება უნდა მოხდეს, რადგან ρ- ის ტემპერატურაა დამოკიდებული.

ასევე, სიმკვრივეს აქვს გ / მლ ან მსგავსი ერთეულები, SG არის ერთეული, რადგან ეს მხოლოდ სიმკვრივეა, რომელიც იყოფა სიმკვრივეზე. ის ფაქტი, რომ ეს რაოდენობა მხოლოდ მუდმივია, ამარტივებს სიმკვრივის გამოთვლას.

მყარი მასალების სიმკვრივის ალბათ ყველაზე დიდი პრაქტიკული გამოყენებააარქიმედეს პრინციპი, აღმოაჩინა ათასწლეულების წინ იგივე ბერძენი მკვლევარი. ეს პრინციპი ამტკიცებს, რომ, როდესაც მყარი ობიექტი მოთავსებულია სითხეში, ობიექტი ექვემდებარება ქსელს ზემოთგამაძლიერებელი ძალატოლიაწონაგადაადგილებული სითხის.

ეს ძალა იგივეა ობიექტზე მისი გავლენის მიუხედავად, რაც შეიძლება იყოს ზედაპირისკენ მისი მიდრეკილება (თუ ობიექტის სიმკვრივე სითხისაზე ნაკლებია), დაუშვით სრულყოფილად ათწილადი თავის ადგილზე (თუ ობიექტის სიმკვრივე ზუსტად არის სითხის ტოლი) ან დაეშვას (თუ ობიექტის სიმკვრივე მეტია ვიდრე სითხე).

სიმბოლურად, ეს პრინციპი გამოიხატება შემდეგნაირადვ_ბ = ვ_ვ,სადვ​_ბ გამაძლიერებელი ძალაა დავ​_ვ არის გადაადგილებული სითხის წონა.

მყარი მასალის სიმკვრივის დასადგენად გამოყენებული სხვადასხვა მეთოდებიდანჰიდროსტატიკური მასასასურველია, რადგან ეს არის ყველაზე ზუსტი, თუ არა ყველაზე მოსახერხებელი. საინტერესო მყარი მასალების უმეტესობა არ არის სისუფთავე გეომეტრიული ფორმების სახით, ადვილად გამოანგარიშებული მოცულობებით, რაც მოითხოვს მოცულობის არაპირდაპირი განსაზღვრას.

ეს არის ცხოვრების მრავალი ფენიდან ერთ – ერთი, რომელიც არქიმედეს პრინციპი გამოსადეგია. საგანი იწონის როგორც ჰაერში, ასევე ცნობილი სიმკვრივის სითხეში (წყალი აშკარად სასარგებლო არჩევანია). თუ ობიექტის "მიწის" მასა 60 კგ (W = 588 N) გადაადგილდება 50 ლ წყალი, როდესაც ის იწონის წონისთვის, მისი სიმკვრივე უნდა იყოს 60 კგ / 50 ლ = 1,2 კგ / ლ.

თუ ამ მაგალითში გინდა წყლის უფრო მკვრივი ობიექტი შეჩერებულიყო ადგილზე, გამაძლიერებელი ძალის გარდა, ზემოთ მოქცეული ძალის გამოყენებით, როგორი იქნება ამ ძალის სიდიდე? თქვენ უბრალოდ გამოითვალეთ განსხვავება გადაადგილებული წყლის წონასა და ობიექტის წონას შორის: 588 N - (50 კგ) (9.8 მ / წმ)²) = 98 ნ

• ამ სცენარში, ობიექტის მოცულობის 1 / მე -6 გამოიყოფა წყლის ზემოთ, რადგან წყალი მხოლოდ 5/6-ეა მკვრივი, როგორც საგანი (1 გ / მლ მ.) 1,2 გ / მლ).

ზოგჯერ თქვენ წარმოგიდგენთ ობიექტს, რომელიც შეიცავს ერთზე მეტ ტიპს მასალას, მაგრამ ადამიანის სხეულის მაგალითისგან განსხვავებით, შეიცავს ამ მასალებს ერთნაირად განაწილებული გზით. ესე იგი, თუ მასალის პატარა ნიმუშს აიღებდით, მას ექნება მასალის თანაფარდობა A და B მასალას, როგორც მთლიანი ობიექტი.

ერთი სიტუაცია, რომელშიც ეს ხდება, არის სტრუქტურული ინჟინერია, სადაც სხივები და სხვა დამხმარე ელემენტები ხშირად მზადდება ორი სახის მასალისგან: მატრიცა (M) და ბოჭკოვანი (F). თუ თქვენ გაქვთ ამ სხივის ნიმუში, რომელიც შედგება ამ ორი ელემენტის ცნობილი მოცულობის თანაფარდობისგან და იცით მათი ინდივიდუალური სიმკვრივეები, შეგიძლიათ გამოთვალოთ კომპოზიტის სიმკვრივე (ρ_გ) შემდეგი განტოლების გამოყენებით:

სად ρ_ვ და ρ_მ და ვ_ვ და Vm არის თითოეული ტიპის მასალის სიმკვრივეები და მოცულობის ფრაქციები (ანუ სხივის პროცენტული რაოდენობა, რომელიც შედგება ბოჭკოვანი ან მატრიქსისგან, გარდაიქმნება ათობითი რიცხვში).

​მაგალითი:საიდუმლოებით მოცული ობიექტის 1000 მლ ნიმუში შეიცავს 70 პროცენტიან კლდოვან მასალას 5 გ / მლ სიმკვრივით და 30 პროცენტს გელის მსგავს მასალას 2 გ / მლ სიმკვრივეს. რა არის ობიექტის სიმჭიდროვე (კომპოზიტი)?