Плотность (D) - это величина, определяемая как масса (м) на единицу объема (v): D = m ÷ v. Поскольку эти три величины связаны между собой, вы можете найти одну из них, если знаете две другие. Это более полезно, чем кажется, потому что плотность часто является известной величиной, которую вы можете найти, предполагая, что вы знаете состав материала.
Расчеты просты для твердых объектов, но все усложняется для жидкостей, где плотность изменяется с температурой, а для газов, плотность которых зависит от температуры и давление.
Используйте согласованные единицы
Уравнение, связывающее плотность, массу и объем, простое и позволяет рассчитать плотность материала, если вы измеряете его массу и объем. Единственное предостережение - вы должны проводить измерения в одной системе.
Например, если вы измеряете массу в килограммах, вы должны измерять объем в кубических метрах, а если вы измеряете объем в квартах, вы должны измерять массу в фунтах. Вы, вероятно, будете использовать три системы: CGS (сантиметры, граммы, секунды), MKS (метры, килограммы, секунды) и British Imperial. Наиболее часто используемые единицы измерения плотности в этих трех системах:
- CGS: граммы / кубический сантиметр или граммы / миллилитр
- МКС: килограммы / кубический метр
- Британский: фунты на кубический фут
Использование калькулятора плотности, массы и объема
Пример: Предположим, у вас есть стакан, полный загадочного водного раствора. Расчет ее плотности и сравнение с плотностью чистой воды может помочь определить ее состав.
Вы рассчитываете объем раствора, измеряя размеры стакана и уровень жидкости, и находите, что он составляет 355 мл. Поскольку миллилитр - это кубический сантиметр, вы должны найти массу в граммах. Вы обнаружите, что это 372 грамма.
Плотность тогда составляет 372 г ÷ 355 мл = 1,05 г / мл. Это немного плотнее чистой воды (1 г / мл), поэтому все, что растворено в воде, имеет низкую концентрацию.
Пример: Вы находите большой камень примерно сферической формы и хотите узнать его состав. Определение его плотности может помочь вам это определить.
Вычислите объем породы, измерив его диаметр и разделив на 2, чтобы найти радиус (r).
Объем шара 4 / 3πr3, поэтому, если камень имеет радиус 10 дюймов, его объем составляет 418,67 кубических дюймов.
Преобразуйте в кубические футы, умножив на 0,00057. Результат - 0,239 кубических футов.
Если камень весит 40 фунтов, его плотность составляет 40 фунтов / 0,239 фута.3 = 167. 36 фунтов / фут3. Это очень близко к плотности гранита, так что велика вероятность, что скала твердого гранита.
Использование таблиц плотности
Если у вас есть объект, сделанный из известного материала, вы можете посмотреть его плотность в таблице. Эта информация позволяет рассчитать его объем путем взвешивания. Если вы уже знаете его объем, вы можете рассчитать его массу. Для использования калькулятора плотности, массы и объема достаточно изменить уравнение плотности, чтобы выразить нужный параметр в терминах двух других.
Пример: Предположим, у вас есть золотая статуя, и вы хотите найти ее объем.
D = m ÷ v, поэтому v = m ÷ D
Вы обнаружите, что статуя весит 2 кг. В таблице вы найдете плотность золота около 19 300 кг / м.3.
Подставив цифры, вы обнаружите, что объем составляет 2 кг ÷ 19 300 кг / м3.3 = 0,0001 м3 или примерно десятая часть литра.
Пример: Сколько весит миллилитр ртути?
D = m ÷ v, поэтому m = Dv
Плотность ртути составляет 13,6 г / мл, поэтому объем 1 мл имеет массу 13,6 грамма.