Cum sunt legate densitatea, masa și volumul?

​Densitatedescrie raportul dintre masă și volum al unui obiect sau substanță.Masamăsoară rezistența unui material pentru a accelera atunci când o forță acționează asupra acestuia. Conform celei de-a doua legi a mișcării lui Newton (F = ma), forța netă care acționează asupra unui obiect este egală cu produsul masei sale de accelerare.

Această definiție formală a masei vă permite să o puneți în alte contexte, cum ar fi calcularea energiei, impulsului, forței centripete și forței gravitaționale. Deoarece gravitația este aproape la fel pe suprafața Pământului, greutatea devine un bun indicator al masei. Creșterea și scăderea cantității de material măsurat crește și scade masa substanței.

• Densitatea unui obiect este raportul dintre masă și volum al unui obiect. Masa este cât de mult rezistă la accelerație atunci când i se aplică o forță și înseamnă în general cât de mult dintr-un obiect sau substanță există. Volumul descrie cât spațiu ocupă un obiect. Aceste cantități pot fi utilizate pentru determinarea presiunii, temperaturii și a altor caracteristici ale gazelor, solidelor și lichidelor.

  instagram story viewer

Există o relație clară între masă, densitate și volum. Spre deosebire de masă și volum, creșterea cantității de material măsurată nu crește sau scade densitatea. Cu alte cuvinte, creșterea cantității de apă dulce de la 10 grame la 100 de grame va schimba și volumul de la 10 mililitri la 100 mililitri, dar densitatea rămâne 1 gram per mililitru (100 g ÷ 100 mL = 1 g / ml).

Acest lucru face din densitate o proprietate utilă în identificarea multor substanțe. Cu toate acestea, deoarece volumul deviază cu modificările de temperatură și presiune, densitatea se poate schimba și cu temperatura și presiunea.

Pentru o masă dată șivolum,cât spațiu fizic ocupă un material, dintr-un obiect sau substanță, densitatea rămâne constantă la o temperatură și presiune date. Ecuația pentru această relație este

in careρ(rho) este densitatea,meste masa șiVeste volumul, ceea ce face ca unitatea de densitate kg / m³. Reciprocitatea densității (1/ρ) este cunoscut sub numele devolum specific, măsurat în m³ /kg.

Volumul descrie cât spațiu ocupă o substanță și este acordat în litri (SI) sau galoane (engleză). Volumul unei substanțe este determinat de cât de mult material este prezent și de cât de strâns sunt împachetate particulele materialului.

Ca urmare, temperatura și presiunea pot afecta foarte mult volumul unei substanțe, în special gazele. Ca și în cazul masei, creșterea și scăderea cantității de material crește și scade volumul substanței.

Pentru gaze, volumul este întotdeauna egal cu recipientul în care se află gazul. Aceasta înseamnă că, pentru gaze, puteți raporta volumul la temperatură, presiune și densitate folosind legea ideală a gazelor

in carePeste presiunea în atm (unități atmosferice),Veste volumul în m³ (metri cubi),neste numărul de moli ai gazului,Reste constanta gazului universal (R= 8,314 J / (mol x K)) șiTeste temperatura gazului în Kelvin.

•••Syed Hussain Ather

Alte trei legi descriu relațiile dintre volum, presiune și temperatură pe măsură ce se schimbă atunci când toate celelalte cantități sunt menținute constante. Ecuațiile sunt cunoscute sub numele de Legea lui Boyle, Legea lui Gay-Lussac și, respectiv, Legea lui Charles.

În fiecare lege, variabilele din stânga descriu volumul, presiunea și temperatura într-un moment inițial, în timp ce variabilele din dreapta le descriu într-un alt moment de timp ulterior. Temperatura este constantă pentru Legea lui Boyle, volumul este constant pentru Legea lui Gay-Lussac și presiunea este constantă pentru Legea lui Charles.

Aceste trei legi urmează aceleași principii ale legii gazelor ideale, dar descriu schimbările în contexte fie de temperatură, presiune sau volum menținute constante.

Deși oamenii folosesc în general masa pentru a se referi la cât de multă substanță este prezentă sau cât de grea este o substanță, diferitele moduri oamenii se referă la mase de fenomene științifice diferite, înseamnă că masa are nevoie de o definiție mai unificată care să cuprindă toate utilizări.

Oamenii de știință vorbesc de obicei despre particulele subatomice, cum ar fi electronii, bosonii sau fotonii, ca având o cantitate foarte mică de masă. Dar masele acestor particule sunt de fapt doar energie. În timp ce masa de protoni și neutroni este stocată în gluoni (materialul care menține protoni și neutroni împreună), masa unui electron este mult mai neglijabilă având în vedere că electronii sunt de aproximativ 2.000 de ori mai ușori decât protonii și neutronii.

Gluonii reprezintă forța nucleară puternică, una dintre cele patru forțe fundamentale ale universului alături forța electromagnetică, forța gravitațională și forța nucleară slabă, menținând legați neutronii și protonii împreună.

Deși dimensiunea întregului univers nu este exact cunoscută, universul observabil, materia din universul pe care oamenii de știință au studiat-o, are o masă de aproximativ 2 x 10⁵⁵ g, aproximativ 25 de miliarde de galaxii de dimensiunea Căii Lactee. Aceasta se întinde pe 14 miliarde de ani lumină, inclusiv materia întunecată, materie pe care oamenii de știință nu sunt complet siguri de ce este făcută și de materia luminoasă, ceea ce reprezintă stelele și galaxiile. Densitatea universului este de aproximativ 3 x 10^-30 g / cm³.

Oamenii de știință vin cu aceste estimări prin observarea modificărilor din fundalul microundelor cosmice (artefacte ale radiației electromagnetice din etapele primitive universului), superclustere (grupuri de galaxii) și nucleosinteza Big Bang (producerea de nuclee non-hidrogen în primele etape ale univers).

Oamenii de știință studiază aceste trăsături ale universului pentru a-i determina soarta, dacă va continua să se extindă sau, la un moment dat, să se prăbușească în sine. Pe măsură ce universul continuă să se extindă, oamenii de știință obișnuiau să creadă că forțele gravitaționale oferă obiectelor o forță atractivă între ele pentru a încetini expansiunea.

Dar, în 1998, observațiile telescopului spațial Hubble ale supernovelor îndepărtate au arătat că universul a fost expansiunea universului a crescut în timp. Deși oamenii de știință nu își dăduseră seama ce anume cauzează accelerarea, această expansiune accelerarea îi determină pe oamenii de știință să teoretizeze că energia întunecată, denumirea acestui fenomen necunoscut, ar fi cont pentru aceasta.

Rămân multe mistere despre masă în univers și ele reprezintă cea mai mare parte a masei universului. Aproximativ 70% din energia de masă din univers provine din energia întunecată și aproximativ 25% din materia întunecată. Doar aproximativ 5% provin din materie obișnuită. Aceste imagini detaliate ale diferitelor tipuri de mase din univers arată cât de variată poate fi masa în diferite contexte științifice.

Forța gravitațională a unui obiect din apă șiforță plutitoarecare îl menține în sus determină dacă un obiect plutește sau se scufundă. Dacă forța sau densitatea plutitoare a obiectului este mai mare decât cea a lichidului, acesta plutește și, dacă nu, se scufundă.

Densitatea oțelului este mult mai mare decât densitatea apei, dar modelată corespunzător, densitatea poate fi redusă cu spațiile aeriene, creând nave de oțel. Densitatea apei fiind mai mare decât densitatea gheții explică și de ce gheața plutește în apă.

​Gravitație specificăeste densitatea unei substanțe împărțită la densitatea substanței de referință. Această referință este fie aer fără apă pentru gaze, fie apă dulce pentru lichide și solide.