Jak obliczyć gęstość na podstawie wyporności wody

Archimedes stworzył metodę wyznaczania gęstości za pomocą wypierania wody. Jedna z historii jego odkrycia dotyczy złotej korony króla, prawdopodobnie złodziejskiego jubilera i wanny. Prawda czy nie, historia przetrwała w takiej czy innej wersji ze względu na znaczenie odkrycia Archimedesa, a nie to, czy jubiler naprawdę próbował oszukać króla.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Do obliczenia gęstości wykorzystuje się wzór D = m ÷ v, gdzie D oznacza gęstość, m oznacza masę, a v oznacza objętość. Znajdź masę za pomocą wagi równoważącej i użyj przemieszczenia wody, aby znaleźć objętość nieregularnych obiektów. Przemieszczenie wody działa, ponieważ ilość wody wypartej przez zanurzony w wodzie obiekt jest równa objętości tego obiektu. Jeśli przedmiot zanurzony w cylindrze miarowym podnosi poziom wody z 40 mililitrów do 90 mililitrów, zmiana objętości o 50 mililitrów równa się objętości przedmiotu w centymetrach sześciennych.

Cała materia ma masę i zajmuje przestrzeń. Gęstość, wartość obliczona, mierzy ilość materii w przestrzeni. Aby obliczyć gęstość materiału, znajdź masę i objętość obiektu. Oblicz gęstość obiektu ze wzoru gęstość równa się masie podzielonej przez objętość:

Znalezienie masy wymaga użycia wagi. Większość wag masowych równoważy nieznany obiekt ze znaną masą. Przykładami są wagi trójbelkowe i wagi rzeczywiste, takie jak klasyczna waga widziana w biurze probierczym. Wagi elektroniczne mogą być również skonfigurowane jako wagi masowe. Wagi łazienkowe, poza brakiem wymaganego stopnia dokładności, mierzą wagę, a nie masę. Masa mierzy ilość materii w obiekcie, podczas gdy waga mierzy przyciąganie grawitacyjne na masę obiektu.

Obliczanie objętości regularnych obiektów geometrycznych wykorzystuje standardowe formuły. Na przykład objętość pudełka równa się długość razy szerokość razy wysokość. Nie każdy przedmiot pasuje jednak do formuły. W przypadku tych obiektów o nieregularnych kształtach użyj metody wypierania wody, aby znaleźć objętość obiektu.

Przemieszczenie wody wykorzystuje szczególną właściwość wody: 1 mililitr (w skrócie ml) wody zajmuje 1 centymetr sześcienny (cm³) przestrzeni lub objętości, gdy woda ma standardową temperaturę (0°C) i ciśnienie (1 atmosfera). Obiekt całkowicie zanurzony w wodzie wypiera lub przesuwa objętość wody równą objętości obiektu. Jeśli więc przedmiot wypiera 62 ml wody, objętość przedmiotu wynosi 62 cm³.

Metody wykorzystania przemieszczenia wody do określenia objętości wymagają zanurzenia obiektu w znanej objętości wody i pomiaru zmiany poziomu wody. Jeśli obiekt pasuje do cylindra miarowego lub miarki, możesz bezpośrednio odczytać pomiar. Jeśli poziom wody zaczyna się od 40 ml i zmienia się na 90 ml po zanurzeniu przedmiotu, objętość przedmiotu jest równa końcowej objętości wody (90 ml) minus początkowa objętość wody (40 ml) lub 50 ml.

Jeśli obiekt nie mieści się w cylindrze miarowym lub miarce, możesz zmierzyć objętość wypartej wody na różne sposoby. Jedna metoda wymaga umieszczenia miski na tacy lub większej misce. Miska wewnętrzna musi być wystarczająco duża, aby całkowicie zanurzyć przedmiot. Napełnij miskę wewnętrzną całkowicie wodą. Ostrożnie, bez tworzenia fal lub rozpryskiwania, wsuń przedmiot do miski, pozwalając, aby wyparta woda rozlała się do większej miski lub tacy. Wyjmij miskę wewnętrzną bardzo ostrożnie, aby nie rozlała się dodatkowa woda. Następnie zmierz objętość wody w większej misce. Ta objętość jest równa objętości obiektu.

Druga, być może bardziej praktyczna metoda, również wykorzystuje miskę. Misa musi być wystarczająco duża, aby całkowicie zanurzyć przedmiot bez przepełnienia. Zacznij od napełnienia miski wystarczającą ilością wody, aby całkowicie zakryć przedmiot. Przed dodaniem przedmiotu zaznacz linię wody w misce. Podobnie jak cylinder miarowy, oznacza to początkową objętość wody. Następnie dodaj obiekt, upewniając się, że obiekt jest całkowicie pokryty wodą. Zaznacz tę linię wody na misce. Teraz ostrożnie wyjmij przedmiot z wody.

W tym momencie należy określić zmianę objętości wody. Jedna metoda mierzy ilość wody wymaganą do podniesienia poziomu wody od początkowej linii objętości do końcowej linii objętości. Ta objętość jest równa objętości obiektu. Druga metoda mierzy ilość wody użytej do napełnienia miski do pierwszej linii, a następnie mierzy ilość wody potrzebną do napełnienia miski do drugiej linii. Używając wzoru objętość końcowa minus objętość początkowa (v_fa – v_ja) daje objętość obiektu. Jeżeli początkowa objętość wody to 900 ml wody, a końcowa objętość wody to 1250 ml, objętość obiektu wynosi 1250 – 900 = 350 ml, czyli objętość obiektu wynosi 350 cm³.

Po zmierzeniu masy i objętości obiektu, znalezienie gęstości wymaga umieszczenia pomiarów we wzorze na gęstość. Np. jeśli zmierzona masa wynosi 875 g, a zmierzona objętość 350 cm³, wtedy wzór na gęstość staje się:

2,50 grama na centymetr sześcienny, zwykle zapisywane jako 2,50 g/cm³.