Како израчунати композитну густину

Маса и густина - заједно са запремином, концепт који физички и математички повезује ове две величине, два су најтемељнија појма у физичкој науци. Упркос томе, иако су маса, густина, запремина и тежина свакодневно укључене у безброј милиона израчунавања широм света, многе људе ове количине лако збуњују.

​Густина,што се и у физичком и у свакодневном смислу једноставно односи на концентрацију нечега унутар датог дефинисаног простора, обично значи „густина масе“, и стога се односи наколичина материје по јединици запремине. Бројне су заблуде о вези између густине и тежине. Они су разумљиви и већини их је лако разјаснити прегледом какав је овај.

Поред тога, концепткомпозитна густинаје важна. Многи материјали се природно састоје од смеше или елемената или структурних молекула или су произведени од њих, сваки са својом густином. Ако знате однос појединачних материјала једни према другима у предмету који вас занима и можете потражити или у супротном схватите њихове појединачне густине, тада можете одредити густину композита материјала као цела.

Густини је додељено грчко слово рхо (ρ) и једноставно је маса нечега подељена укупном запремином:

СИ (стандардне међународне) јединице су кг / м³, пошто су килограми и метри основне СИ јединице за масу и депласман („удаљеност“). Међутим, у многим ситуацијама из стварног живота грами на милилитар или г / мл су прикладнија јединица. Један мЛ = 1 кубни центиметар (цц).

Облик предмета са датом запремином и масом не утиче на његову густину, чак и ако то може утицати на механичка својства предмета. Слично томе, два предмета истог облика (а тиме и запремине) и масе увек имају исту густину без обзира на то како је та маса распоређена.

Чврста сфера масеМ.и полупречникаР.са својом масом равномерно распоређеном по сфери и чврстој сфери масеМ.и полупречникаР.са својом масом концентрисаном готово у потпуности у танкој спољној „љусци“ имају исту густину.

Густина воде (Х.₂О) на собној температури и атмосферском притиску се дефинише као тачно 1 г / мл (или еквивалентно 1 кг / Л).

У доба древне Грчке, Архимед је прилично домишљато доказао да када је неки предмет потопљен у воду (или било коју другу течности), сила коју доживљава једнака је маси воде померене временом гравитације (тј. тежини воде). То доводи до математичког израза

Речима, то значи да разлика између измерене масе објекта и његове привидне масе када је потопљен, подељена густином течности, даје запремину потопљеног објекта. Овај волумен је лако уочити када је објекат правилно обликованог објекта као што је сфера, али једначина је корисна за израчунавање запремина предмета чудног облика.

Л је 1000 цц = 1.000 мл. Убрзање услед гравитације у близини површине Земље јег= 9,80 м / с².

Зато што је 1 Л = 1.000 цц = (10 цм × 10 цм × 10 цм) = (0,1 м × 0,1 м × 0,1 м) = 10^-3 м³, у кубном метру има 1.000 литара. То значи да би безмасни контејнер у облику коцке дужине 1 м са сваке стране могао да прими 1.000 кг = 2.204 килограма воде, више од тоне. Запамтите, метар је само око три и четврт метра; вода је можда „гушћа“ него што сте мислили!

Већина предмета у природном свету има своју масу неједнако распрострањену у било ком простору који заузимају. Пример је ваше тело; Можете одредити своју масу с релативно лакоћом користећи свакодневну вагу и ако сте имали одговарајућу опрему могли да одредите запремину вашег тела потапајући се у каду са водом и примењујући Архимедов принцип.

Али знате да су неки делови много гушћи од других (кост вс. масти, на пример), па ималокална варијацијау густини.

Неки предмети могу имати уједначен састав, а тиме иуједначена густина, упркос томе што су направљени од два или више елемената или једињења. То се може природно појавити у облику одређених полимера, али је вероватно да ће бити последица стратешког производног процеса, нпр. Оквира за бицикле од угљеничних влакана.

То значи да бисте, за разлику од случаја људског тела, добили узорак материјала исте густине без обзира одакле у предмету сте га извукли или колико је мали био. У терминима рецепата, „потпуно је помешан“.

Једноставна густина масе одкомпозитни материјали, или материјали направљени од два или више различитих материјала са познатим појединачним густинама, могу се разрадити једноставним поступком.

1. Пронађите густину свих једињења (или елемената) у смеши. Они се могу наћи у многим табелама на мрежи; за пример погледајте Ресурси.
2. Претворите перцентилни допринос сваког елемента или једињења смеши у децимални број (број између 0 и 1) дељењем са 100.
3. Помножите сваку децималу са густином одговарајућег једињења или елемента.
4. Додајте производе из корака 3. Ово ће бити густина смеше у истим јединицама изабраним на почетку или проблем.

На пример, рецимо да вам се да 100 мл течности која чини 40 процената воде, 30 процената живе и 30 процената бензина. Колика је густина смеше?

Знате да је за воду ρ = 1,0 г / мл. Консултујући табелу, открићете да је ρ = 13,5 г / мл за живу и ρ = 0,66 г / мл за бензин. (Ово би, на евиденцију, створило врло токсичну измишљотину.) Слиједећи горњи поступак:

Велика густина доприноса живе повећава укупну густину смеше знатно већу од густине воде или бензина.

У неким случајевима, за разлику од претходне ситуације у којој се тражи само истинска густина, правило смеше за композите честица значи нешто друго. То је инжењерска брига која повезује укупни отпор напрезању линеарне конструкције као што је греда са отпором њеног појединцавлакноиматрицасаставни делови, јер су такви објекти често стратешки конструисани како би одговарали одређеним захтевима за ношење.

Ово се често изражава у виду параметра познатог каоеластични модулиЕ.​(такође званИоунг-ов модул, илимодул еластичности). Прорачун еластичног модула композитних материјала прилично је једноставан са алгебарског становишта. Прво потражите појединачне вредности заЕ.у табели као што је она у Ресурсима. Са свескамаВ.сваке компоненте у одабраном узорку који је познат, користите однос

ГдеЕ._Ц.је модул смеше и индексаФиМ.односе се на компоненте влакана и матрице.

• Овај однос се такође може изразити као (В._М. + В​_​Ф​ ) = 1 илиВ.​_​М.​ = (1 - ​В._Ф​ ).