Skały mają różne kształty, rozmiary i kompozycje. Skały osadowe, magmowe i metamorficzne są ze sobą powiązane jako różne etapy cyklu skalnego. Odróżnianie jednego rodzaju skały od drugiego czasami zależy od subtelnych różnic we właściwościach. Gęstość w połączeniu z obserwacjami i dodatkowymi testami pomaga zidentyfikować i odróżnić jedną skałę od drugiej. Ponieważ gęstość mierzy stosunek masy do objętości, obliczenie gęstości wymaga dokładnego pomiaru masy i objętości.
Znalezienie gęstości skały wymaga zmierzenia masy skały w gramach i objętości w centymetrach sześciennych. Te wartości pasują do równania:
D=\frac{m}{V}
gdzie D oznacza gęstość, m oznacza masę, a V oznacza objętość. Wstaw wartości i oblicz gęstość. Ogólnie rzecz biorąc, pomiary objętości wykorzystują wyporność wody, wykorzystując zależność, że jeden mililitr wody zajmuje jeden centymetr sześcienny przestrzeni.
Wybór próbek
Skały wahają się od kolekcji kryształów jednego minerału do mieszanin różnych minerałów. Minerały mogą być wszystkie mikroskopijne, wszystkie makroskopowe lub być mieszaniną kryształów mikroskopijnych i makroskopowych. Minerały mogą być rozmieszczone równomiernie w całej skale lub mogą być ułożone warstwami lub skupiskami. Dla dokładności badana próbka musi zawierać wszystkie minerały skały. Ponadto próbka nie powinna mieć żadnych zwietrzałych powierzchni. Proces wietrzenia zmienia pierwotną mineralogię, która również zmienia gęstość. Tak więc, aby dokładnie zmierzyć całkowitą gęstość, wybrana próbka skały musi reprezentować wszystkie minerały w takim samym stosunku, jak większa masa skalna. Ogólnie rzecz biorąc, geolodzy wybierają okaz dłoni, próbkę skały wielkości pięści lub piłki baseballowej. Bardzo mała próbka skały może nie odzwierciedlać mineralogii całej masy skalnej, podczas gdy bardzo duża próbka stanowi wyzwanie dla możliwości dokładnego pomiaru masy lub objętości albo obu.
Masa pomiarowa
Pojęcia masy i wagi dezorientują wielu ludzi. Masa mierzy ilość materii w obiekcie, podczas gdy waga mierzy przyciąganie grawitacyjne na masie. Zamieszanie powstaje, ponieważ na Ziemi przyciąganie grawitacyjne wynosi 1, więc masa i waga różnią się tylko w niewielkich ilościach, na co wpływa wysokość i leżące pod nimi masywne skały.
Dokładny pomiar masy wymaga wagi. Wagi elektroniczne, wagi trójbelkowe lub inne wagi mierzą masę. Wagi podstawowe, takie jak wagi łazienkowe, generalnie nie zapewniają dokładności niezbędnej do znalezienia masy. Każda waga ma określone kierunki, ale ogólna technika ustawia wagę na zero, kładzie kamień na szalce, równoważy wagę, a następnie bezpośrednio odczytuje masę próbki. Podczas pomiaru masy zanotuj jednostki w gramach.
Pomiar objętości
Objętość po prostu mierzy przestrzeń zajmowaną przez obiekt. Znalezienie objętości regularnych kształtów geometrycznych, takich jak kule, sześciany i pudełka, wykorzystuje ustalony wzór. Niestety skały rzadko przybierają geometryczne kształty. Dlatego znalezienie objętości wymaga specjalnej techniki. Archimedes odkrył przemieszczenie wody, a znalezienie objętości za pomocą przemieszczenia wody wymaga trochę namysłu i odrobiny zręczności. Pamiętaj też, że jeden centymetr sześcienny wody to jeden mililitr wody.
Przemieszczenie wody oznacza, że obiekt umieszczony w wodzie wypiera objętość wody równą objętości obiektu. Na przykład obiekt o objętości 5 centymetrów sześciennych zanurzony w pojemniku z wodą wyprze 5 mililitrów wody. Jeśli pojemnik ma pomiary, początkowy odczyt 10 mililitrów wody zmieni się na 15 mililitrów po zanurzeniu w wodzie obiektu o wielkości 5 centymetrów sześciennych.
Znalezienie objętości na podstawie przemieszczenia wody wymaga umieszczenia próbki skały w pojemniku z oznaczeniami zmierzonej objętości, takim jak miarka. Przed dodaniem kamienia wlej do kubka wystarczającą ilość wody, aby kamień był całkowicie zanurzony. Zmierz objętość wody. Dodaj kamień, upewniając się, że żadne bąbelki nie przyklejają się do kamienia. Zmierz uzyskaną objętość wody. Odejmij początkową objętość tylko wody od końcowej objętości wody i skały, aby znaleźć objętość skały. Tak więc, jeśli początkowa objętość wody wynosi 30 mililitrów, a końcowa objętość wody plus skały wynosi 45 mililitrów, objętość samej skały wynosi 45-30 = 15 mililitrów, czyli 15 centymetrów sześciennych. Oczywiście liczby w naturze, podobnie jak skała, prawdopodobnie nie będą liczbami parzystymi.
Jeśli kamień nie pasuje do miarki, użyj pojemnika wystarczająco dużego, aby zanurzyć kamień. Umieść pojemnik na tacy. Napełnij pojemnik całkowicie wodą. Ostrożnie, bez fal i rozbryzgów, wsuń kamień do wody. Cała woda wylana z pojemnika musi zostać przechwycona na znajdującej się pod nim tacce. Bardzo ostrożnie wyjmij pojemnik z tacki bez przypadkowego rozlania wody na tacę. Zmierz celowo rozlaną wodę na tacy, aby określić objętość skały. Ilość wody wyparta z pojemnika przez skałę i zatrzymana w tacce jest równa objętości skały.
Ostrzeżenia
Niektóre skały osadowe, takie jak piaskowiec, rozpadają się po zanurzeniu w wodzie. Przyjęta metoda zatrzymania tej degradacji próbki wykorzystuje cienkie warstwy wosku do ochrony próbki. Zanurz próbkę kilka razy w roztopionym wosku, pozwalając woskowi nieco ostygnąć między warstwami. Pozwól woskowi całkowicie ostygnąć, a następnie znajdź masę skały z powłoką woskową. Odejmij masę otoczoną woskiem od masy tylko skalnej, aby znaleźć masę wosku. Użyj metody wypierania wody, aby znaleźć całkowitą objętość. Użyj wzoru na gęstość (gęstość wosku parafinowego wynosi od 0,88 do 0,92), aby obliczyć objętość wosku. Odejmij objętość wosku od zmierzonej objętości całkowitej, aby znaleźć objętość próbki skały.
Obliczanie gęstości
Obliczenie gęstości z masy i objętości wymaga prostego wzoru: gęstość równa się masie podzielonej przez objętość. Jeśli więc zmierzona góra wynosi 984,2 grama, a zmierzona objętość 382,9 mililitrów, to ze wzoru otrzymujemy równanie:
D=\frac{984,2}{382,9}=2,57
wykazując gęstość próbki wynosi 2,57 grama na centymetr sześcienny.