Cum se calculează densitatea compusă

Masa și densitatea - împreună cu volumul, conceptul care leagă aceste două cantități, fizic și matematic - sunt două dintre cele mai fundamentale concepte în știința fizică. În ciuda acestui fapt și chiar dacă masa, densitatea, volumul și greutatea sunt implicate fiecare în nenumărate milioane de calcule în toată lumea în fiecare zi, mulți oameni sunt ușor confundați de aceste cantități.

​Densitate,care, atât în ​​termeni fizici, cât și de zi cu zi, se referă pur și simplu la o concentrație de ceva într-un anumit spațiu definit, înseamnă de obicei „densitate de masă” și, prin urmare, se referă lacantitatea de materie pe unitate de volum. Numeroase concepții greșite abundă despre relația dintre densitate și greutate. Acestea sunt de înțeles și ușor de clarificat pentru majoritatea cu o recenzie precum aceasta.

În plus, conceptul dedensitatea compozituluieste important. Multe materiale constau în mod natural sau sunt fabricate dintr-un amestec sau elemente sau molecule structurale, fiecare cu densitatea sa. Dacă cunoașteți raportul dintre materialele individuale între ele în elementul de interes și puteți căuta sau în caz contrar, aflați densitățile lor individuale, atunci puteți determina densitatea materialului compozit ca un întreg.

Densității i se atribuie litera greacă rho (ρ) și este pur și simplu masa a ceva împărțit la volumul său total:

Unitățile SI (standard internaționale) sunt kg / m³, deoarece kilogramele și metri sunt unități SI de bază pentru masă și respectiv deplasare („distanță”). Cu toate acestea, în multe situații din viața reală, grame pe mililitru sau g / ml sunt o unitate mai convenabilă. Un mL = 1 centimetru cub (cc).

Forma unui obiect cu un volum și o masă date nu afectează densitatea acestuia, chiar dacă acest lucru poate afecta proprietățile mecanice ale obiectului. În mod similar, două obiecte de aceeași formă (și deci volum) și masă au întotdeauna aceeași densitate, indiferent de modul în care este distribuită masa respectivă.

O sferă solidă de masăMși razaRcu masa sa răspândită uniform în toată sfera și o sferă solidă de masăMși razaRcu masa sa concentrată aproape în întregime într-o „coajă” subțire exterioară au aceeași densitate.

Densitatea apei (H₂O) la temperatura camerei și presiunea atmosferică este definită exact ca 1 g / ml (sau echivalent, 1 kg / L).

În vremurile Greciei antice, Arhimede a dovedit destul de ingenios că atunci când un obiect este scufundat în apă (sau oricare fluid), forța pe care o experimentează este egală cu masa apei deplasată de greutate (adică greutatea apă). Acest lucru duce la expresia matematică

În cuvinte, aceasta înseamnă că diferența dintre masa măsurată a unui obiect și masa aparentă a acestuia atunci când este scufundat, împărțită la densitatea fluidului, dă volumul obiectului scufundat. Acest volum este ușor de discernut atunci când obiectul este un obiect de formă regulată, cum ar fi o sferă, dar ecuația este utilă pentru calcularea volumelor de obiecte de formă ciudată.

A L este de 1000 cc = 1.000 mL. Accelerația datorată gravitației de lângă suprafața Pământului esteg= 9,80 m / s².

Deoarece 1 L = 1.000 cc = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0,1 m × 0,1 m × 0,1 m) = 10^-3 m³, există 1.000 de litri într-un metru cub. Aceasta înseamnă că un recipient fără masă în formă de cub de 1 m pe fiecare parte ar putea conține 1.000 kg = 2.204 kilograme de apă, peste o tonă. Amintiți-vă, un metru este de aproximativ trei metri și un sfert; apa este poate „mai groasă” decât credeai!

Majoritatea obiectelor din lumea naturală au masa lor răspândită inegal în orice spațiu pe care îl ocupă. Propriul tău corp este un exemplu; Vă puteți determina masa cu relativă ușurință utilizând o scală de zi cu zi și dacă ați avut echipamentul potrivit dvs. ar putea determina volumul corpului tău scufundându-te într-o cadă cu apă și folosind cel al lui Arhimede principiu.

Știți însă că unele părți sunt mult mai dense decât altele (os vs. grăsime, de exemplu), deci existăvariație localăîn densitate.

Unele obiecte pot avea o compoziție uniformă și, prin urmaredensitate uniformă, în ciuda faptului că este format din două sau mai multe elemente sau compuși. Acest lucru poate apărea în mod natural sub forma anumitor polimeri, dar este probabil o consecință a unui proces strategic de fabricație, de exemplu, cadrele de biciclete din fibră de carbon

Aceasta înseamnă că, spre deosebire de cazul unui corp uman, veți obține un eșantion de material de aceeași densitate, indiferent de unde din obiectul din care l-ați extras sau cât de mic era. În termeni de rețetă, este „complet amestecat”.

Densitatea de masă simplă amateriale compozite, sau materiale realizate din două sau mai multe materiale distincte cu densități individuale cunoscute, pot fi elaborate folosind un proces simplu.

1. Găsiți densitățile tuturor compușilor (sau elementelor) din amestec. Acestea pot fi găsite în multe tabele online; vezi Resurse pentru un exemplu.
2. Convertiți contribuția percentilă a fiecărui element sau compus la amestec într-un număr zecimal (un număr între 0 și 1) împărțind la 100.
3. Înmulțiți fiecare zecimală cu densitatea compusului sau elementului corespunzător.
4. Adăugați împreună produsele de la pasul 3. Aceasta va fi densitatea amestecului din aceleași unități selectate la început sau problema.

De exemplu, spuneți că vi se administrează 100 ml de lichid, care reprezintă 40% apă, 30% mercur și 30% benzină. Care este densitatea amestecului?

Știți că pentru apă, ρ = 1,0 g / ml. Consultând tabelul, constatați că ρ = 13,5 g / mL pentru mercur și ρ = ​​0,66 g / mL pentru benzină. (Acest lucru ar face un amestec foarte toxic, pentru înregistrare.) Urmând procedura de mai sus:

Densitatea ridicată a contribuției mercurului mărește densitatea totală a amestecului mult peste cea a apei sau benzinei.

În unele cazuri, spre deosebire de situația anterioară în care se caută doar o densitate adevărată, regula amestecului pentru compozite de particule înseamnă ceva diferit. Este o preocupare de inginerie care leagă rezistența generală la efort a unei structuri liniare, cum ar fi o grindă, la rezistența individului săufibrășimatriceelementele constitutive, deoarece astfel de obiecte sunt deseori concepute strategic pentru a se conforma anumitor cerințe portante.

Acest lucru este adesea exprimat în termenii parametrului cunoscut sub numele demodul elasticE​(numit siModulul lui Young, saumodul de elasticitate). Calculul modulului elastic al materialelor compozite este destul de simplu din punct de vedere algebric. În primul rând, căutați valorile individuale pentruEdin într-un tabel precum cel din Resurse. Cu volumeleVdin fiecare componentă din eșantionul ales cunoscut, utilizați relația

UndeE_Ceste modulul amestecului și al indicilorFșiMfaceți referire la componentele fibrei și respectiv la matrice.

• Această relație poate fi exprimată și ca (V_M + V​_​F​ ) = 1 sauV​_​M​ = (1 - ​V_F​ ).