Kako izračunati sestavljeno gostoto

Masa in gostota - skupaj s prostornino, koncept, ki fizično in matematično povezuje ti dve količini, sta dva najbolj temeljna koncepta v fizikalni znanosti. Kljub temu, čeprav so masa, gostota, prostornina in teža vsak dan všteti v nešteto milijonov izračunov po vsem svetu, te količine te ljudi zlahka zmedejo.

​Gostota,kar se tako v fizičnem kot v vsakdanjem smislu preprosto nanaša na koncentracijo nečesa znotraj določenega definiranega prostora, običajno pomeni "gostoto mase" in se tako nanaša nakoličina snovi na enoto prostornine. Obstajajo številne napačne predstave o razmerju med gostoto in težo. Te so razumljive in jih večina zlahka razjasni s pregledom, kakršen je ta.

Poleg tega konceptsestavljena gostotaje pomembno. Številni materiali so naravno sestavljeni iz mešanice ali elementov ali strukturnih molekul ali so izdelani iz njih, vsak s svojo gostoto. Če poznate razmerje med posameznimi materiali med predmetom, ki vas zanima, in lahko poiščete oz v nasprotnem primeru ugotovite njihove posamezne gostote, potem lahko določite sestavljeno gostoto materiala kot celota.

Gostota je dodeljena grški črki rho (ρ) in je preprosto masa nečesa, deljena s skupno prostornino:

Enote SI (standardne mednarodne) so kg / m³, ker so kilogrami in metri osnovni enoti SI za maso in premik ("razdalja"). Vendar so v mnogih resničnih situacijah grami na mililiter ali g / ml primernejša enota. En ml = 1 kubični centimeter (cc).

Oblika predmeta z določeno prostornino in maso ne vpliva na njegovo gostoto, tudi če to lahko vpliva na mehanske lastnosti predmeta. Podobno imata dva predmeta iste oblike (in s tem prostornine) in mase vedno enako gostoto, ne glede na to, kako je ta masa porazdeljena.

Trdna sfera maseMin polmerRs svojo maso, ki se enakomerno širi po krogli in trdni masni sferiMin polmerRs svojo maso, skoraj v celoti koncentrirano v tanki zunanji "lupini", imajo enako gostoto.

Gostota vode (H₂O) pri sobni temperaturi in atmosferskem tlaku je natančno 1 g / ml (ali enakovredno 1 kg / L).

V dneh antične Grčije je Arhimed precej iznajdljivo dokazal, da ko je predmet potopljen v vodo (ali katero koli drugo sila), je sila, ki jo doživi, ​​enaka masi vode, izpodrinjeni z gravitacijo (tj. teža voda). To vodi do matematičnega izraza

Z besedami to pomeni, da razlika med izmerjeno maso predmeta in njegovo navidezno maso, ko je potopljena, deljena z gostoto tekočine, daje prostornino potopljenega predmeta. Ta volumen je mogoče zlahka razbrati, če je predmet pravilno oblikovan predmet, na primer krogla, vendar je enačba priročna za izračun prostornine čudno oblikovanih predmetov.

L je 1000 cc = 1.000 ml. Pospešek zaradi gravitacije blizu površine Zemlje jeg= 9,80 m / s².

Ker je 1 L = 1.000 cm3 = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0,1 m × 0,1 m × 0,1 m) = 10^-3 m³, v kubičnem metru je 1.000 litrov. To pomeni, da lahko brezmasna posoda v obliki kocke, dolga 1 m na vsaki strani, sprejme 1000 kg = 2204 kilogramov vode, ki presega tono. Ne pozabite, meter je le približno tri metre in četrtino; voda je morda "debelejša", kot ste mislili!

Večina predmetov v naravnem svetu ima svojo maso neenakomerno razporejeno po vsem prostoru, ki ga zasedajo. Primer je vaše telo; Svojo maso lahko z relativno lahkoto določite z vsakodnevno tehtnico in če ste imeli pravo opremo lahko določite prostornino vašega telesa tako, da se potopite v kad z vodo in uporabite Arhimedov ' načelo.

Toda veste, da so nekateri deli veliko bolj gosti kot drugi (kosti vs. maščobe, na primer), zato obstajalokalna spremembav gostoti.

Nekateri predmeti imajo lahko enotno sestavo, torejenakomerna gostota, čeprav so narejeni iz dveh ali več elementov ali spojin. To se lahko zgodi naravno v obliki nekaterih polimerov, vendar je verjetno posledica strateškega proizvodnega procesa, npr. Ogrodja za kolesa iz ogljikovih vlaken.

To pomeni, da bi za razliko od primera človeškega telesa dobili vzorec materiala enake gostote, ne glede na to, kje v predmetu ste ga izvlekli ali kako majhen je bil. Po receptu je "popolnoma zmešan".

Preprosta masna gostotakompozitni materiali, ali materiale, izdelane iz dveh ali več ločenih materialov z znanimi individualnimi gostotami, je mogoče obdelati s preprostim postopkom.

1. Poiščite gostote vseh spojin (ali elementov) v mešanici. Te lahko najdemo v številnih spletnih tabelah; za primer glejte Vire.
2. Pretvorite percentilni prispevek vsakega elementa ali spojine v mešanico v decimalno število (število med 0 in 1) z deljenjem s 100.
3. Vsako decimalno mesto pomnožimo z gostoto ustrezne spojine ali elementa.
4. Dodajte izdelke iz 3. koraka. To bo gostota zmesi v istih enotah, izbranih na začetku, ali težava.

Recimo na primer, da dobite 100 ml tekočine, ki je 40 odstotkov vode, 30 odstotkov živega srebra in 30 odstotkov bencina. Kakšna je gostota mešanice?

Veste, da je za vodo ρ = 1,0 g / ml. Glede na tabelo ugotovite, da je ρ = 13,5 g / ml za živo srebro in ρ = 0,66 g / ml za bencin. (To bi za zapisnik pomenilo zelo strupeno zvarek.) Po zgornjem postopku:

Velika gostota prispevka živega srebra poveča splošno gostoto mešanice precej nad gostoto vode ali bencina.

V nekaterih primerih, v nasprotju s prejšnjo situacijo, v kateri se išče le resnična gostota, pravilo mešanice za kompozite delcev pomeni nekaj drugačnega. Gre za tehnično skrb, ki povezuje splošno odpornost na napetost linearne konstrukcije, kot je žarek, z odpornostjo posameznikavlaknoinmatrikosestavni deli, saj so takšni predmeti pogosto strateško izdelani, da ustrezajo določenim nosilnim zahtevam.

To se pogosto izraža v obliki parametra, znanega kotmodul elastičnostiE​(imenovano tudiYoungov modul, alimodul elastičnosti). Izračun elastičnega modula sestavljenih materialov je z algebrskega stališča precej preprost. Najprej poiščite posamezne vrednosti zaEv tabeli, kot je ta v virih. Z zvezkiVvsake komponente v znanem izbranem vzorcu uporabite razmerje

KjeE_Cje modul zmesi in indeksovFinMnanašajo na vlakna oziroma na matrične komponente.

• To razmerje lahko izrazimo tudi kot (V_M + V​_​F​ ) = 1 ozV​_​M​ = (1 - ​V_F​ ).