단어를 보거나들을 때밀도,이 용어에 익숙하다면 "혼잡함"이라는 이미지를 떠 올릴 것입니다. 밀집된 도시 거리, 예를 들어 공원의 일부에있는 나무의 비정상적인 두께 이웃.
그리고 본질적으로 밀도가 말하는 것입니다. 장면에있는 모든 것의 총량이 아니라 사용 가능한 공간에 얼마나 분산되었는지에 중점을 두는 무언가의 집중입니다.
밀도는 물리 과학 세계에서 중요한 개념입니다. 기본을 연결하는 방법을 제공합니다.문제 –일반적으로 (항상은 아님)보고 느낄 수있는 일상 생활의 물건 실험실 환경에서의 측정 – 기본 공간에 대한 탐색을 위해 사용하는 바로 그 프레임 워크 세계. 지구상의 다른 종류의 물질은 고체 물질의 영역 내에서도 매우 다른 밀도를 가질 수 있습니다.
고체의 밀도 측정은 액체 및 기체의 밀도를 분석하는 데 사용되는 방법과 다른 방법을 사용하여 수행됩니다. 밀도를 측정하는 가장 정확한 방법은 종종 실험 상황과 샘플에는 물리적 및 화학적 특성이 알려진 한 가지 유형의 물질 (재료) 또는 유형.
밀도 란 무엇입니까?
물리학에서재료 샘플의 밀도는 샘플의 총 질량을 부피로 나눈 값입니다., 샘플의 물질이 어떻게 분포되어 있는지에 관계없이 (문제의 고체의 기계적 특성에 영향을 미치는 문제).
주어진 범위 내에서 예측 가능한 밀도를 갖지만 매우 다양한 수준의 밀도는 물, 뼈 및 기타 유형의 다소 고정 된 비율로 구성된 인체입니다. 조직. 밀도는 그리스 문자 rho를 사용하여 표현됩니다.
\ rho = \ frac {m} {V}
밀도와 질량은 모두 종종 혼동됩니다.무게, 아마도 다른 이유로. 무게는 단순히 물질 또는 질량에 작용하는 중력 가속으로 인한 힘입니다.
F = mg
지구에서 중력으로 인한 가속도는 9.8m / s입니다.2. ㅏ질량따라서 10kg의무게(10kg) (9.8m / s2) = 98 뉴턴 (N).
무게 자체도 밀도와 혼동됩니다. 같은 크기의 물체 두 개가 주어지면 밀도가 더 높은 물체가 실제로 무게가 더 많이 나가기 때문입니다. 이것은 "무게가 더 무거운 지, 깃털 1 파운드 또는 납 1 파운드"라는 오래된 속임수 질문의 기초입니다. 아무리 1 파운드는 1 파운드 하지만 여기서 핵심은 납이 훨씬 더 크기 때문에 깃털 1 파운드가 1 파운드 납보다 훨씬 더 많은 공간을 차지한다는 것입니다. 밀도.
밀도 대. 비중
밀도와 밀접하게 관련된 물리학 용어는 다음과 같습니다.비중(SG). 이것은 주어진 물질의 밀도를 물의 밀도로 나눈 값입니다. 물의 밀도는 25 ° C의 상온에서 정확히 1g / mL (또는 동등하게 1kg / L)로 정의됩니다. 이는 SI (국제 시스템 또는 "미터법") 단위로 리터의 정의 자체가 질량이 1kg 인 물의 양이기 때문입니다.
표면적으로 이것은 SG를 사소한 정보로 만드는 것처럼 보일 것입니다. 왜 1로 나누는가? 사실 두 가지 이유가 있습니다. 하나는 물과 기타 물질의 밀도가 실온 범위 내에서도 온도에 따라 약간 씩 달라진다는 것입니다. 따라서 정확한 측정이 필요한 경우 ρ 값이 온도이므로이 변동을 고려해야합니다. 매달린.
또한 밀도는 g / mL 등의 단위이지만 SG는 밀도를 밀도로 나눈 값이기 때문에 단위가 없습니다. 이 양이 단지 상수라는 사실은 밀도와 관련된 일부 계산을 더 쉽게 만듭니다.
아르키메데스의 원리
아마도 고체 재료 밀도의 가장 큰 실제 적용은아르키메데스의 원리, 같은 이름의 그리스 학자에 의해 수천 년 전에 발견되었습니다. 이 원리는 고체 물체가 유체에 놓일 때 물체가 위쪽으로 그물을 받게된다고 주장합니다.부력같음무게대체 된 유체의.
이 힘은 물체에 미치는 영향에 관계없이 동일합니다. 물체의 밀도가 유체의 밀도보다 낮 으면 물체를 표면쪽으로 밀어 넣을 수 있습니다. (물체의 밀도가 유체의 밀도와 정확히 같은 경우) 제자리에 완벽하게 떠 있거나 (물체의 밀도가 액체의 밀도보다 큰 경우) 체액).
상징적으로이 원리는 다음과 같이 표현됩니다.에프비 = W에프,어디에프비 부력이고W에프 변위 된 유체의 무게입니다.
고체의 밀도 측정
고체 물질의 밀도를 결정하는 데 사용되는 다양한 방법 중정수압 계량가장 편리하지는 않지만 가장 정확하기 때문에 선호됩니다. 관심있는 대부분의 고체 재료는 부피를 쉽게 계산할 수있는 깔끔한 기하학적 형태가 아니므로 부피를 간접적으로 결정해야합니다.
이것은 아르키메데스의 원칙이 도움이되는 많은 삶의 방식 중 하나입니다. 피험자는 공기와 밀도가 알려진 유체 (물은 분명 유용한 선택 임)에서 체중을 측정합니다. "땅"질량이 60kg (W = 588 N) 인 물체가 무게 측정을 위해 담겼을 때 50L의 물을 대체하는 경우 밀도는 60kg / 50L = 1.2kg / L이어야합니다.
이 예에서 부력에 추가로 상향 힘을 가하여 물보다 밀도가 높은 물체를 제자리에 매달아 두려면이 힘의 크기는 얼마입니까? 변위 된 물의 무게와 물체의 무게 간의 차이를 계산할뿐입니다. 588 N – (50 kg) (9.8 m / s2) = 98N.
- 이 시나리오에서 물은 물체의 밀도가 5/6에 불과하기 때문에 물체 부피의 1/6이 물 위에 튀어 나오게됩니다 (1g / mL vs. 1.2g / mL).
고체의 복합 밀도
때로는 두 가지 이상의 재료 유형을 포함하는 객체가 제시되지만 인체의 예와 달리 이러한 재료는 균일하게 분포 된 방식으로 포함됩니다. 즉, 재료의 아주 작은 샘플을 취하면 전체 오브젝트와 동일한 재료 A 대 재료 B의 비율을 갖게됩니다.
이러한 상황이 발생하는 한 가지 상황은 구조 공학에서, 빔 및 기타지지 요소는 종종 매트릭스 (M)와 섬유 (F)의 두 가지 유형의 재료로 만들어집니다. 이 두 요소의 알려진 체적 비율로 구성된이 빔의 샘플이 있고 각각의 밀도를 알고 있다면 복합재의 밀도 (ρ씨) 다음 방정식을 사용합니다.
\ rho_C = \ rho_FV_F + \ rho_MV_M
어디 ρ에프 및 ρ미디엄 그리고 V에프 Vm은 각 재료 유형의 밀도 및 부피 분율 (즉, 섬유 또는 매트릭스로 구성된 빔의 백분율, 십진수로 변환)입니다.
예:미스터리 물체의 1,000mL 샘플에는 밀도가 5g / mL 인 암석 물질 70 %와 밀도가 2g / mL 인 젤 유사 물질이 30 % 포함되어 있습니다. 물체 (합성)의 밀도는 얼마입니까?
\ rho_C = \ rho_RV_R + \ rho_GV_G = (5) (0.70) + (2) (0.30) = 3.5 + 0.6 = 4.1 \ text {g / mL}