Как определить плотность камня

Камни бывают самых разных форм, размеров и составов. Осадочные, магматические и метаморфические породы связаны друг с другом как разные стадии горного цикла. Отличие одного типа камня от другого иногда зависит от незначительных различий в характеристиках. Плотность в сочетании с наблюдениями и дополнительными тестами помогает идентифицировать и отличать одну породу от другой. Поскольку плотность измеряет отношение массы к объему, расчет плотности требует точного измерения массы и объема.

Чтобы определить плотность породы, необходимо измерить ее массу в граммах и объем в кубических сантиметрах. Эти значения укладываются в уравнение:

где D означает плотность, m представляет собой массу, а V представляет собой объем. Вставьте значения и решите плотность. Как правило, при измерениях объема используется вытеснение воды с учетом того, что один миллилитр воды занимает один кубический сантиметр пространства.

Камни варьируются от набора кристаллов одного минерала до смесей различных минералов. Все минералы могут быть микроскопическими, полностью макроскопическими или представлять собой смесь микроскопических и макроскопических кристаллов. Минералы могут быть распределены равномерно по всей породе или располагаться слоями или группами. Для точности исследуемый образец должен включать все минералы породы. Также образец не должен иметь выветрившихся поверхностей. Процесс выветривания изменяет исходную минералогию, что также меняет плотность. Таким образом, для точного измерения общей плотности выбранный образец породы должен представлять все минералы в том же соотношении, что и большая горная масса. Обычно геологи выбирают образец руки, образец камня размером с кулак или бейсбольный мяч. Очень маленький образец породы может не отражать минералогию всей горной массы, в то время как очень большой образец затрудняет возможность точного измерения массы или объема или того и другого.

Понятия массы и веса многих сбивают с толку. Масса измеряет количество вещества в объекте, а вес измеряет силу тяжести на массе. Путаница возникает из-за того, что на Земле гравитационное притяжение равно 1, поэтому масса и вес различаются лишь незначительно, в зависимости от высоты и лежащих под ними массивных пород.

Для точного измерения массы необходимы весы. Электронные весы, трехлучевые весы или другие весы для весов измеряют массу. Базовые весы, такие как весы для ванной, обычно не обеспечивают точности, необходимой для определения массы. Каждая шкала масс имеет определенные направления, но общая методика устанавливает балансировку на ноль, кладет камень на чашу, уравновешивает шкалу, а затем непосредственно считывает массу образца. При измерении массы записывайте единицы измерения в граммах.

Проще говоря, объем измеряет пространство, которое занимает объект. Для определения объема правильных геометрических фигур, таких как сферы, кубы и коробки, используется установленная формула. К сожалению, камни редко бывают геометрической формы. Поэтому для поиска объема требуется особая техника. Архимед открыл вытеснение воды, и чтобы найти объем с помощью вытеснения воды, нужно немного подумать и немного сообразить. Также помните, что один кубический сантиметр воды равен одному миллилитру воды.

Вытеснение воды означает, что объект, помещенный в воду, вытесняет объем воды, равный объему объекта. Например, предмет объемом 5 кубических сантиметров, погруженный в емкость с водой, вытеснит 5 миллилитров воды. Если емкость имеет размеры, первоначальное показание 10 миллилитров воды изменится на 15 миллилитров после того, как объект объемом 5 кубических сантиметров будет погружен в воду.

Для определения объема путем вытеснения воды необходимо поместить образец породы в контейнер с отметками измеренного объема, например мерную чашку. Перед добавлением камня налейте в чашу достаточно воды, чтобы камень полностью погрузился в воду. Измерьте объем воды. Добавьте камень, убедившись, что к нему не прилипли пузыри. Отмерьте полученный объем воды. Вычтите начальный объем только воды из конечного объема воды и породы, чтобы найти объем породы. Итак, если начальный объем воды составляет 30 миллилитров, а конечный объем воды и породы составляет 45 миллилитров, объем одной только породы составляет 45-30 = 15 миллилитров или 15 кубических сантиметров. Конечно, числа в природе, как и камень, скорее всего, не будут четными числами.

Если камень не подходит для мерной чашки, используйте емкость, достаточно большую, чтобы погрузить камень в воду. Поставьте емкость в лоток. Наполните емкость полностью водой. Осторожно, без волн и брызг, опустите камень в воду. Вся вода, пролитая из контейнера, должна собираться в нижележащий лоток. Очень осторожно снимите емкость с лотка, не проливая на лоток больше воды. Измерьте намеренно пролитую воду в лотке, чтобы определить объем камня. Количество воды, вытесненной из контейнера камнем и захваченной в лотке, равно объему камня.

• Некоторые осадочные породы, такие как песчаник, разрушаются при погружении в воду. В общепринятом методе предотвращения разложения образца используются тонкие слои воска для защиты образца. Несколько раз окуните образец в расплавленный воск, давая воску немного остыть между слоями. Дайте воску полностью остыть, затем найдите массу камня с восковым покрытием. Вычтите массу в восковой оболочке из каменной массы, чтобы найти массу воска. Используйте метод вытеснения воды, чтобы найти общий объем. Используйте формулу плотности (плотность парафинового воска колеблется от 0,88 до 0,92), чтобы найти объем воска. Вычтите объем парафина из измеренного общего объема, чтобы найти объем образца породы.

Для вычисления плотности по массе и объему требуется простая формула: плотность равна массе, деленной на объем. Итак, если измеренная горная масса равна 984,2 грамма, а измеренный объем равен 382,9 миллилитра, использование формулы дает уравнение:

показывает, что плотность образца составляет 2,57 грамма на кубический сантиметр.