W jaki sposób powiązane są gęstość, masa i objętość?

​Gęstośćopisuje stosunek masy do objętości przedmiotu lub substancji.Masamierzy opór materiału na przyspieszenie, gdy działa na niego siła. Zgodnie z drugą zasadą dynamiki Newtona (F = ma), siła wypadkowa działająca na obiekt jest równa iloczynowi jego masy i przyspieszenia.

Ta formalna definicja masy pozwala umieścić ją w innych kontekstach, takich jak obliczanie energii, pędu, siły dośrodkowej i siły grawitacji. Ponieważ grawitacja na powierzchni Ziemi jest prawie taka sama, waga staje się dobrym wskaźnikiem masy. Zwiększanie i zmniejszanie ilości mierzonego materiału zwiększa i zmniejsza masę substancji.

• Gęstość obiektu to stosunek masy do objętości obiektu. Masa określa, jak bardzo opiera się przyspieszeniu, gdy przyłożona jest do niego siła i ogólnie oznacza, ile znajduje się w nim obiekt lub substancja. Objętość opisuje, ile miejsca zajmuje obiekt. Wielkości te mogą być wykorzystywane do określania ciśnienia, temperatury i innych cech gazów, ciał stałych i cieczy.

Istnieje wyraźna zależność między masą, gęstością i objętością. W przeciwieństwie do masy i objętości, zwiększenie ilości mierzonego materiału nie zwiększa ani nie zmniejsza gęstości. Innymi słowy, zwiększenie ilości świeżej wody z 10 gramów do 100 gramów również zmieni objętość od 10 mililitrów do 100 mililitrów, ale gęstość pozostaje 1 gram na mililitr (100 g ÷ 100 ml = 1 g/ml).

To sprawia, że ​​gęstość jest użyteczną właściwością w identyfikacji wielu substancji. Ponieważ jednak objętość zmienia się wraz ze zmianami temperatury i ciśnienia, gęstość może również zmieniać się wraz ze zmianą temperatury i ciśnienia.

Dla danej masy iTom,ile fizycznej przestrzeni przedmiotu lub substancji zajmuje materiał, gęstość pozostaje stała w danej temperaturze i ciśnieniu. Równanie dla tej zależności to

w którymρ(rho) to gęstość,mjest masa iVto objętość, co daje jednostkę gęstości kg/m³. Odwrotność gęstości (1/ρ) jest znany jakookreślona objętość, mierzony w m³ /kg.

Objętość opisuje, ile miejsca zajmuje dana substancja i jest podawana w litrach (SI) lub galonach (angielski). Objętość substancji jest określana przez ilość materiału obecnego i stopień upakowania cząstek materiału.

W rezultacie temperatura i ciśnienie mogą mieć duży wpływ na objętość substancji, zwłaszcza gazów. Podobnie jak w przypadku masy, zwiększanie i zmniejszanie ilości materiału również zwiększa i zmniejsza objętość substancji.

W przypadku gazów objętość jest zawsze równa pojemnikowi, w którym znajduje się gaz. Oznacza to, że w przypadku gazów można powiązać objętość z temperaturą, ciśnieniem i gęstością za pomocą równania gazu doskonałego

w którymPto ciśnienie w atm (jednostki atmosferyczne),Vto objętość w m³ (metry sześcienne),nieto liczba moli gazu,Rjest uniwersalną stałą gazową (R= 8,314 J/(mol x K)) iTto temperatura gazu w kelwinach.

•••Syed Hussain Ather

Trzy kolejne prawa opisują relacje między objętością, ciśnieniem i temperaturą, które zmieniają się, gdy wszystkie inne wielkości są utrzymywane na stałym poziomie. Równania te znane są odpowiednio jako Prawo Boyle'a, Prawo Gay-Lussaca i Prawo Charlesa.

W każdym prawie zmienne po lewej stronie opisują objętość, ciśnienie i temperaturę w początkowym punkcie czasu, podczas gdy zmienne po prawej stronie opisują je w innym późniejszym punkcie czasowym. Temperatura jest stała dla prawa Boyle'a, objętość jest stała dla prawa Gay-Lussaca, a ciśnienie jest stałe dla prawa Charlesa.

Te trzy prawa są zgodne z tymi samymi zasadami prawa gazu doskonałego, ale opisują zmiany w kontekście utrzymywania stałej temperatury, ciśnienia lub objętości.

Chociaż ludzie na ogół używają masy, aby określić, ile substancji jest obecnych lub jak ciężka jest substancja, różne sposoby ludzie odnoszą się do mas różnych zjawisk naukowych oznacza, że ​​masa potrzebuje bardziej ujednoliconej definicji, która obejmuje wszystkie jej zastosowań.

Naukowcy zazwyczaj mówią o cząstkach subatomowych, takich jak elektrony, bozony czy fotony, jako o bardzo małej masie. Ale masy tych cząstek to w rzeczywistości tylko energia. Podczas gdy masa protonów i neutronów jest przechowywana w gluonach (materiał, który utrzymuje razem protony i neutrony), masa elektronu jest znacznie mniejsza, biorąc pod uwagę, że elektrony są około 2000 razy lżejsze od protonów i neutronów.

Gluony odpowiadają za silne oddziaływanie jądrowe, jedną z czterech podstawowych sił wszechświata obok siła elektromagnetyczna, siła grawitacyjna i słabe oddziaływanie jądrowe, w utrzymywaniu związanych neutronów i protonów razem.

Chociaż wielkość całego wszechświata nie jest dokładnie znana, obserwowalny wszechświat, materia we wszechświecie, którą badali naukowcy, ma masę około 2 x 10⁵⁵ g, około 25 miliardów galaktyk wielkości Drogi Mlecznej. Obejmuje ona 14 miliardów lat świetlnych, wliczając w to ciemną materię, materię, której naukowcy nie są do końca pewni, z czego jest zbudowana, oraz materię świecącą, która odpowiada za gwiazdy i galaktyki. Gęstość Wszechświata wynosi około 3 x 10^-30 g/cm³.

Naukowcy opracowują te szacunki, obserwując zmiany w kosmicznym tle mikrofalowym (artefakty promieniowania elektromagnetycznego z prymitywnych stadiów wszechświata), supergromady (gromady galaktyk) i nukleosyntezę Wielkiego Wybuchu (produkcja jąder innych niż wodór we wczesnych stadiach wszechświat).

Naukowcy badają te cechy wszechświata, aby określić jego los, czy będzie się on nadal rozszerzał, czy w pewnym momencie sam zapadnie się. Ponieważ wszechświat nadal się rozszerza, naukowcy uważali, że siły grawitacyjne dają obiektom siłę przyciągania między sobą, aby spowolnić ekspansję.

Jednak w 1998 roku obserwacje odległych supernowych za pomocą Teleskopu Kosmicznego Hubble'a wykazały, że ekspansja Wszechświata wzrosła z czasem. Chociaż naukowcy nie odkryli, co dokładnie powoduje przyspieszenie, ta ekspansja this przyspieszenie doprowadziło naukowców do teoretyzowania, że ​​ciemna energia, nazwa tego nieznanego zjawiska, uwzględnij to.

Istnieje wiele tajemnic dotyczących masy we wszechświecie, które odpowiadają za większość masy wszechświata. Około 70% masy energii we wszechświecie pochodzi z ciemnej energii, a około 25% z ciemnej materii. Tylko około 5% pochodzi ze zwykłej materii. Te szczegółowe zdjęcia różnych typów mas we wszechświecie pokazują, jak zróżnicowana może być masa w różnych kontekstach naukowych.

Siła grawitacyjna obiektu w wodzie iSiła wyporuktóry utrzymuje go w górę, określa, czy obiekt unosi się, czy tonie. Jeśli siła wyporu lub gęstość obiektu jest większa niż cieczy, obiekt unosi się, a jeśli nie, opada.

Gęstość stali jest znacznie wyższa niż gęstość wody, ale odpowiednio ukształtowana, gęstość można zmniejszać przestrzeniami powietrznymi, tworząc stalowe statki. Gęstość wody większa niż gęstość lodu wyjaśnia również, dlaczego lód unosi się w wodzie.

​Środek ciężkościto gęstość substancji podzielona przez gęstość substancji odniesienia. Odniesieniem tym jest powietrze bez wody w przypadku gazów lub świeża woda w przypadku cieczy i ciał stałych.