Hvordan beregne sammensatt tetthet

Masse og tetthet - sammen med volum, konseptet som knytter disse to størrelsene, fysisk og matematisk - er to av de mest grunnleggende begrepene i fysikk. Til tross for dette, og selv om masse, tetthet, volum og vekt hver er involvert i utallige millioner beregninger verden over hver dag, er mange mennesker lett forvirret av disse mengdene.

​Tetthet,som både i fysiske og hverdagslige termer bare refererer til en konsentrasjon av noe innenfor et gitt definert rom, vanligvis betyr "massetetthet", og dermed refererer det tilmengde materie per volumsenhet. Mange misforståelser florerer om forholdet mellom tetthet og vekt. Disse er forståelige og lett ryddet opp for de fleste med en anmeldelse som denne.

I tillegg begrepetsammensatt tettheter viktig. Mange materialer består naturlig av, eller er produsert av, en blanding eller elementer eller strukturelle molekyler, hver med sin egen tetthet. Hvis du vet forholdet mellom individuelle materialer til hverandre i det interessante, og kan slå opp eller Hvis du ellers finner ut av deres individuelle tetthet, kan du bestemme materialets sammensatte tetthet som en hel.

Tetthet tildeles den greske bokstaven rho (ρ) og er ganske enkelt massen av noe delt på totalvolumet:

SI (standard internasjonale) enheter er kg / m³, siden kilo og meter er basiske SI-enheter for henholdsvis masse og forskyvning ("avstand"). I mange virkelige situasjoner er imidlertid gram per milliliter eller g / ml en mer praktisk enhet. En ml = 1 kubikkcentimeter (cc).

Formen på et objekt med et gitt volum og masse har ingen innvirkning på dens tetthet, selv om dette kan påvirke objektets mekaniske egenskaper. På samme måte har to objekter med samme form (og dermed volum) og masse alltid samme tetthet uavhengig av hvordan massen fordeles.

En solid massesfæreMog radiusRmed sin masse spredt jevnt over hele kulen og en solid massesfæreMog radiusRmed sin masse konsentrert nesten utelukkende i et tynt ytre "skall" har samme tetthet.

Tettheten av vann (H₂O) ved romtemperatur og atmosfæretrykk er definert som nøyaktig 1 g / ml (eller tilsvarende 1 kg / l).

I det gamle Hellas dager beviste Archimedes ganske genialt at når en gjenstand er nedsenket i vann (eller noe som helst væske), er kraften den opplever lik massen av vannet som er forskjøvet ganger tyngdekraften (dvs. vekten til vann). Dette fører til det matematiske uttrykket

Med ord betyr dette at forskjellen mellom en gjenstands målte masse og dens tilsynelatende masse når den er nedsenket, delt på væskens tetthet, gir volumet til den nedsenkete gjenstanden. Dette volumet kan lett skelnes når objektet er et regelmessig formet objekt som en kule, men ligningen er nyttig for å beregne volumene av merkelig formede objekter.

A L er 1000 cc = 1000 ml. Akselerasjonen på grunn av tyngdekraften nær jordens overflate erg= 9,80 m / s².

Fordi 1 L = 1000 cc = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0,1 m × 0,1 m × 0,1 m) = 10^-3 m³, det er 1000 liter i kubikkmeter. Dette betyr at en masseløs kubeformet beholder 1 m på hver side kan romme 1000 kg = 2,204 pund vann, i overkant av tonn. Husk at en meter er bare omtrent tre og en kvart fot; vann er kanskje "tykkere" enn du trodde!

De fleste gjenstander i den naturlige verden har massen sin ulikt spredt over uansett plass de okkuperer. Din egen kropp er et eksempel; Du kan bestemme massen din relativt enkelt ved hjelp av en hverdagsskala, og om du hadde riktig utstyr du kunne bestemme kroppens volum ved å senke deg ned i et kar med vann og bruke Archimedes ' prinsipp.

Men du vet at noen deler er mye tettere enn andre (bein vs. fett, for eksempel), så det erlokal variasjoni tetthet.

Noen gjenstander kan ha en jevn sammensetning, og dermedjevn tetthet, til tross for at de er laget av to eller flere elementer eller forbindelser. Dette kan forekomme naturlig i form av visse polymerer, men vil sannsynligvis være en konsekvens av en strategisk produksjonsprosess, for eksempel karbonfiber sykkelrammer.

Dette betyr at, i motsetning til tilfellet med en menneskekropp, ville du få en prøve av materiale med samme tetthet uansett hvor i objektet du hentet det ut eller hvor lite det var. I oppskriftsbetingelser er det "fullstendig blandet."

Den enkle massetettheten avkomposittmaterialer, eller materialer laget av to eller flere forskjellige materialer med kjente individuelle tettheter, kan bearbeides ved hjelp av en enkel prosess.

1. Finn tettheten til alle forbindelsene (eller elementene) i blandingen. Disse finnes i mange online tabeller; se Ressurser for et eksempel.
2. Konverter hvert element eller sammensattes prosentilbidrag til blandingen til et desimaltall (et tall mellom 0 og 1) ved å dele med 100.
3. Multipliser hver desimal med tettheten til den tilsvarende forbindelsen eller elementet.
4. Legg sammen produktene fra trinn 3. Dette vil være tettheten av blandingen i de samme enhetene som ble valgt i starten eller problemet.

Si for eksempel at du får en 100 ml væske som er 40 prosent vann, 30 prosent kvikksølv og 30 prosent bensin. Hva er tettheten av blandingen?

Du vet at for vann, ρ = 1,0 g / ml. Når du ser på tabellen, finner du at ρ = 13,5 g / ml for kvikksølv og ρ = 0,66 g / ml for bensin. (Dette vil være en veldig giftig sammensetning, for ordens skyld.) Følg fremgangsmåten ovenfor:

Den høye tettheten av kvikksølvets bidrag øker blandingens samlede tetthet godt over vann eller bensin.

I noen tilfeller, i motsetning til den forrige situasjonen der det bare søkes en sann tetthet, betyr blandingsregelen for partikkelkompositter noe annerledes. Det er en teknisk bekymring som relaterer den generelle motstanden mot spenning av en lineær struktur, for eksempel en bjelke, til motstanden til individetfiberogmatrisebestanddeler, da slike gjenstander ofte er strategisk konstruert for å imøtekomme visse bærende krav.

Dette uttrykkes ofte i form av parameteren kjent somelastisk modulE​(også kaltYoungs modul, ellerelastisitetsmodul). Den elastiske modulberegningen av komposittmaterialer er ganske enkel fra et algebraisk synspunkt. Først må du slå opp de individuelle verdiene forEav i en tabell som den i ressursene. Med volumeneVav hver komponent i det valgte utvalget som er kjent, bruk forholdet

HvorE_Cer blandingen og abonnementeneFogMrefererer til henholdsvis fiber og matrisekomponenter.

• Dette forholdet kan også uttrykkes som (V_M + V​_​F​ ) = 1 ellerV​_​M​ = (1 - ​V_F​ ).