Dichtheid (D) is een hoeveelheid gedefinieerd als massa (m) per volume-eenheid (v): D = m ÷ v. Omdat deze drie grootheden gerelateerd zijn, kun je er een vinden als je de andere twee kent. Dit is nuttiger dan het klinkt, omdat dichtheid vaak een bekende grootheid is die je kunt opzoeken, ervan uitgaande dat je de samenstelling van het materiaal kent.
Berekeningen zijn eenvoudig voor vaste objecten, maar het wordt ingewikkelder voor vloeistoffen, waar dichtheid verandert met de temperatuur, en voor gassen, waarvoor de dichtheid afhankelijk is van temperatuur en druk.
Gebruik consistente eenheden
De vergelijking met betrekking tot dichtheid, massa en volume is eenvoudig en stelt u in staat de dichtheid van een materiaal te berekenen als u de massa en het volume ervan meet. Het enige nadeel is dat je de metingen in hetzelfde systeem moet doen.
Als u bijvoorbeeld massa in kilogrammen meet, moet u het volume in kubieke meter meten, en als u het volume in kwarten meet, moet u de massa in ponden meten. De drie systemen die u waarschijnlijk zult gebruiken, zijn CGS (centimeter, gram, seconden), MKS (meter, kilogram, seconden) en British Imperial. De meest gebruikte eenheden voor dichtheden in deze drie systemen zijn:
- CGS: gram/kubieke centimeter of gram/milliliter
- MKS: kilogram/kubieke meter
- Brits: pond/kubieke voet
De dichtheids-, massa- en volumecalculator gebruiken
Voorbeeld: Stel je hebt een beker vol met een mysterieuze waterige oplossing. Het berekenen van de dichtheid en het vergelijken met die van zuiver water kan helpen bij het bepalen van de samenstelling.
U berekent het volume van de oplossing door de afmetingen van het bekerglas en het niveau van de vloeistof te meten en vindt dat het 355 ml is. Aangezien een milliliter een kubieke centimeter is, moet u de massa in grammen vinden. Je vindt dat het 372 g is.
De dichtheid is dan 372 gm ÷ 355 ml = 1,05 g/ml. Dat is net iets dichter dan zuiver water (1 g/ml), dus alles wat in het water is opgelost, heeft een lage concentratie.
Voorbeeld: Je vindt een grote rots met een ruwweg bolvorm en wilt de samenstelling ervan weten. Het vinden van de dichtheid kan u helpen dat te bepalen.
Bereken het volume van de rots door de diameter te meten en te delen door 2 om de straal (r) te vinden.
Het volume van een bol is 4/3πr3, dus als de rots een straal van 10 inch heeft, is het volume 418,67 kubieke inch.
Converteren naar kubieke voet door te vermenigvuldigen met 0,00057. Het resultaat is 0,239 kubieke voet.
Als de rots 40 pond weegt, is de dichtheid 40 lb/0,239 ft3 = 167. 36 pond/ft3. Dit ligt heel dicht bij de dichtheid van graniet, dus de kans is groot dat het gesteente massief graniet is.
Dichtheidstabellen gebruiken
Als je een object hebt gemaakt van een bekend materiaal, kun je de dichtheid ervan opzoeken in een tabel. Met deze informatie kunt u het volume berekenen door het te wegen. Als je het volume al weet, kun je de massa berekenen. Als u de dichtheids-, massa- en volumecalculator gebruikt, hoeft u alleen maar de dichtheidsvergelijking te herschikken om de gewenste parameter uit te drukken in termen van de andere twee.
Voorbeeld: Stel je hebt een gouden beeld en je wilt het volume ervan vinden.
D = m ÷ v, dus v = m ÷ D
Je vindt dat het beeld 2 kg weegt. In een tabel vind je de dichtheid van goud ongeveer 19.300 kg/m3.
Als je getallen inplugt, vind je het volume 2 kg ÷ 19.300 kg/m3 = 0,0001 m3 of ongeveer een tiende van een liter.
Voorbeeld: Hoeveel weegt een milliliter kwik?
D = m ÷ v, dus m = Dv
De dichtheid van kwik is 13,6 g/ml, dus een volume van 1 ml heeft een massa van 13,6 gram.