Gęstość (D) to wielkość zdefiniowana jako masa (m) na jednostkę objętości (v): D = m ÷ v. Ponieważ te trzy wielkości są ze sobą powiązane, możesz znaleźć jedną z nich, jeśli znasz pozostałe dwie. Jest to bardziej pomocne niż się wydaje, ponieważ gęstość jest często znaną wielkością, którą można sprawdzić, zakładając, że znasz skład materiału.
Obliczenia są proste dla ciał stałych, ale sprawy stają się bardziej skomplikowane dla cieczy, gdzie gęstość zmienia się wraz z temperaturą oraz dla gazów, dla których gęstość zależy od temperatury i nacisk.
Użyj spójnych jednostek
Równanie dotyczące gęstości, masy i objętości jest proste i pozwala obliczyć gęstość materiału, mierząc jego masę i objętość. Jedynym zastrzeżeniem jest to, że musisz dokonywać pomiarów w tym samym systemie.
Na przykład, jeśli mierzysz masę w kilogramach, powinieneś mierzyć objętość w metrach sześciennych, a jeśli mierzysz objętość w kwartach, powinieneś mierzyć masę w funtach. Trzy systemy, których prawdopodobnie będziesz używać, to CGS (centymetry, gramy, sekundy), MKS (metry, kilogramy, sekundy) i brytyjskie jednostki imperialne. Najczęściej używane jednostki gęstości w tych trzech systemach to:
- CGS: gramy/centymetr sześcienny lub gramy/mililitr
- MKS: kilogramy/metr sześcienny
- Brytyjskie: funty/stopa sześcienna
Korzystanie z kalkulatora gęstości, masy i objętości
Przykład: Załóżmy, że masz zlewkę pełną tajemniczego roztworu wodnego. Obliczenie jej gęstości i porównanie z czystą wodą może pomóc w określeniu jej składu.
Obliczasz objętość roztworu, mierząc wymiary zlewki i poziom płynu, i stwierdzasz, że wynosi 355 ml. Ponieważ mililitr to centymetr sześcienny, powinieneś znaleźć masę w gramach. Okazuje się, że to 372 gm.
Gęstość wynosi wtedy 372 gm ÷ 355 ml = 1,05 gm/ml. To tylko trochę gęstsze niż czysta woda (1 g/ml), więc wszystko, co jest rozpuszczone w wodzie, ma niskie stężenie.
Przykład: Znajdujesz dużą skałę o mniej więcej kulistym kształcie i chcesz poznać jej skład. Znalezienie jego gęstości może pomóc ci to określić.
Oblicz objętość skały, mierząc jej średnicę i dzieląc przez 2, aby znaleźć jej promień (r).
Objętość kuli to 4/3πr3, więc jeśli skała ma promień 10 cali, jej objętość wynosi 418,67 cali sześciennych.
Konwertuj na stopy sześcienne, mnożąc przez 0,00057. Wynik to 0,239 stopy sześciennej.
Jeśli skała waży 40 funtów, jej gęstość wynosi 40 funtów/0,239 stopy3 = 167. 36 funtów/stopę3. Jest to bardzo zbliżone do gęstości granitu, więc istnieje duża szansa, że skała jest litym granitem.
Korzystanie z tabel gęstości
Jeśli masz przedmiot wykonany ze znanego materiału, możesz sprawdzić jego gęstość w tabeli. Ta informacja pozwala obliczyć jej objętość poprzez jej ważenie. Jeśli znasz już jego objętość, możesz obliczyć jego masę. Korzystanie z kalkulatora gęstości, masy i objętości wymaga jedynie przekształcenia równania gęstości, aby wyrazić żądany parametr w odniesieniu do pozostałych dwóch.
Przykład: Załóżmy, że masz złoty posąg i chcesz znaleźć jego objętość.
D = m ÷ v, więc v = m ÷ D
Okazuje się, że posąg waży 2 kg. W tabeli znajdziesz gęstość złota około 19 300 kg/m/3.
Wstawiając liczby, okazuje się, że objętość wynosi 2 kg ÷ 19 300 kg/m3 = 0,0001 m3 lub około jednej dziesiątej litra.
Przykład: Ile waży mililitr rtęci?
D = m ÷ v, więc m = Dv
Gęstość rtęci wynosi 13,6 g/ml, więc objętość 1 ml ma masę 13,6 gramów.