Samengestelde dichtheid berekenen

Massa en dichtheid - samen met volume, het concept dat deze twee grootheden fysiek en wiskundig met elkaar verbindt - zijn twee van de meest fundamentele concepten in de natuurwetenschap. Ondanks dit, en hoewel massa, dichtheid, volume en gewicht elke dag betrokken zijn bij talloze miljoenen berekeningen wereldwijd, raken veel mensen gemakkelijk in de war door deze hoeveelheden.

​Dichtheid,die in zowel fysieke als alledaagse termen eenvoudig verwijst naar een concentratie van iets binnen een bepaalde gedefinieerde ruimte, betekent meestal "massadichtheid", en dus verwijst het naar dehoeveelheid materie per volume-eenheid. Er zijn talloze misvattingen over de relatie tussen dichtheid en gewicht. Deze zijn begrijpelijk en voor de meesten gemakkelijk op te lossen met een recensie zoals deze.

Daarnaast is het concept vansamengestelde dichtheidis belangrijk. Veel materialen bestaan ​​van nature uit of worden vervaardigd uit een mengsel of elementen of structurele moleculen, elk met hun eigen dichtheid. Als u de verhouding van afzonderlijke materialen tot elkaar in het betreffende item kent en kunt opzoeken of look bereken anders hun individuele dichtheden, dan kun je de samengestelde dichtheid van het materiaal bepalen als: een hele.

Dichtheid krijgt de Griekse letter rho (ρ) toegewezen en is gewoon de massa van iets gedeeld door het totale volume:

SI (standaard internationaal) eenheden zijn kg/m³, aangezien kilogram en meter basis-SI-eenheden zijn voor respectievelijk massa en verplaatsing ("afstand"). In veel praktijksituaties is gram per milliliter of g/ml echter een handiger eenheid. Eén ml = 1 kubieke centimeter (cc).

De vorm van een object met een gegeven volume en massa heeft geen invloed op de dichtheid, ook al kan dit de mechanische eigenschappen van het object beïnvloeden. Evenzo hebben twee objecten met dezelfde vorm (en dus volume) en massa altijd dezelfde dichtheid, ongeacht hoe die massa is verdeeld.

Een vaste bol van massaMen straalRmet zijn massa gelijkmatig verdeeld over de bol en een stevige bol van massaMen straalRmet zijn massa bijna volledig geconcentreerd in een dunne buitenste "schil" hebben dezelfde dichtheid.

De dichtheid van water (H₂O) bij kamertemperatuur en atmosferische druk wordt gedefinieerd als precies 1 g/ml (of equivalent, 1 kg/L).

In de dagen van het oude Griekenland bewees Archimedes nogal ingenieus dat wanneer een object wordt ondergedompeld in water (of een ander vloeistof), is de kracht die het ervaart gelijk aan de massa van het verplaatste water maal de zwaartekracht (d.w.z. het gewicht van de water). Dit leidt tot de wiskundige uitdrukking

In woorden betekent dit dat het verschil tussen de gemeten massa van een object en de schijnbare massa bij onderdompeling, gedeeld door de dichtheid van de vloeistof, het volume van het ondergedompelde object geeft. Dit volume is gemakkelijk te onderscheiden wanneer het object een regelmatig gevormd object is, zoals een bol, maar de vergelijking is handig voor het berekenen van de volumes van vreemd gevormde objecten.

AL is 1000 cc = 1.000 ml. De versnelling als gevolg van de zwaartekracht nabij het aardoppervlak isg= 9,80 m/s².

Omdat 1 L = 1.000 cc = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0,1 m × 0,1 m × 0,1 m)= 10^-3 m³, er zit 1.000 liter in een kubieke meter. Dit betekent dat een massaloze kubusvormige container van 1 m aan elke kant 1000 kg = 2204 pond water zou kunnen bevatten, meer dan een ton. Bedenk dat een meter slechts ongeveer drie en een kwart voet is; water is misschien "dikker" dan je dacht!

De massa van de meeste objecten in de natuurlijke wereld is ongelijk verdeeld over de ruimte die ze innemen. Je eigen lichaam is een voorbeeld; U kunt uw massa relatief eenvoudig bepalen met behulp van een alledaagse weegschaal, en als u de juiste apparatuur had, zou u het volume van uw lichaam bepalen door uzelf onder te dompelen in een bak met water en Archimedes' beginsel.

Maar je weet dat sommige delen veel dichter zijn dan andere (bot vs. vet, bijvoorbeeld), dus er islokale variatiequa dichtheid.

Sommige objecten kunnen een uniforme samenstelling hebben, en daaromuniforme dichtheid, ondanks dat het is gemaakt van twee of meer elementen of verbindingen. Dit kan van nature voorkomen in de vorm van bepaalde polymeren, maar is waarschijnlijk het gevolg van een strategisch fabricageproces, bijvoorbeeld fietsframes van koolstofvezel.

Dit betekent dat je, in tegenstelling tot het geval van een menselijk lichaam, een monster van materiaal met dezelfde dichtheid zou krijgen, ongeacht waar in het object waar je het uithaalde of hoe klein het ook was. In recepttermen is het "volledig gemengd".

De eenvoudige massadichtheid vancomposietmaterialen, of materialen gemaakt van twee of meer verschillende materialen met bekende individuele dichtheden, kunnen worden uitgewerkt met behulp van een eenvoudig proces.

1. Zoek de dichtheden van alle verbindingen (of elementen) in het mengsel. Deze zijn te vinden in veel online tabellen; zie bronnen voor een voorbeeld.
2. Converteer de percentielbijdrage van elk element of elke verbinding aan het mengsel naar een decimaal getal (een getal tussen 0 en 1) door te delen door 100.
3. Vermenigvuldig elke decimaal met de dichtheid van de bijbehorende verbinding of element.
4. Voeg de producten uit stap 3 bij elkaar. Dit is de dichtheid van het mengsel in dezelfde eenheden die bij het begin of het probleem zijn geselecteerd.

Stel bijvoorbeeld dat u 100 ml vloeistof krijgt die voor 40 procent uit water, 30 procent kwik en 30 procent uit benzine bestaat. Wat is de dichtheid van het mengsel?

U weet dat voor water ρ = 1,0 g/ml. Als je de tabel raadpleegt, zie je dat ρ = 13,5 g/ml voor kwik en ρ = 0,66 g/ml voor benzine. (Dit zou voor de goede orde een zeer giftig brouwsel zijn.) Door de bovenstaande procedure te volgen:

De hoge dichtheid van de bijdrage van kwik verhoogt de algehele dichtheid van het mengsel ruim boven die van water of benzine.

In sommige gevallen, in tegenstelling tot de vorige situatie waarin alleen naar een echte dichtheid wordt gezocht, betekent de mengregel voor deeltjescomposieten iets anders. Het is een technisch probleem dat de algehele weerstand tegen stress van een lineaire structuur, zoals een balk, relateert aan de weerstand van zijn individuvezelenMatrixcomponenten, aangezien dergelijke objecten vaak strategisch zijn ontworpen om te voldoen aan bepaalde dragende eisen.

Dit wordt vaak uitgedrukt in termen van de parameter die bekend staat alselastische modulusE​(ook wel genoemdYoung's modulus, of deelasticiteitsmodulus). De berekening van de elasticiteitsmodulus van composietmaterialen is vrij eenvoudig vanuit een algebraïsch standpunt. Zoek eerst de individuele waarden op voorEvan de in een tabel zoals die in de bronnen. Met de volumesVvan elk onderdeel in de gekozen steekproef bekend, gebruik de relatie

WaarE_Cis de modulus van het mengsel en de subscriptsFenMverwijzen naar respectievelijk vezel- en matrixcomponenten.

• Deze relatie kan ook worden uitgedrukt als (V_M +V​_​F​ ) = 1 ofV​_​M​ = (1 - ​V_F​ ).