Densitet (D) är en kvantitet definierad som massa (m) per volymenhet (v): D = m ÷ v. Eftersom dessa tre kvantiteter är relaterade kan du hitta en av dem om du känner till de andra två. Detta är mer användbart än det låter eftersom densitet ofta är en känd mängd som du kan slå upp, förutsatt att du känner till materialets sammansättning.
Beräkningar är enkla för fasta föremål, men saker blir mer komplicerade för vätskor, var densiteten förändras med temperaturen och för gaser, för vilka densiteten är beroende av temperaturen och tryck.
Använd enhetliga enheter
Ekvationen som relaterar densitet, massa och volym är enkel och låter dig beräkna densiteten för ett material om du mäter dess massa och volym. Den enda förbehållet är att du måste göra mätningarna i samma system.
Om du till exempel mäter massa i kilogram bör du mäta volymen i kubikmeter, och om du mäter volymen i kvart bör du mäta massan i pund. De tre systemen du sannolikt kommer att använda är CGS (centimeter, gram, sekunder), MKS, (meter, kilogram, sekunder) och British Imperial. De mest använda enheterna för densiteter i dessa tre system är:
- CGS: gram / kubikcentimeter eller gram / milliliter
- MKS: kg / kubikmeter
- Brittiska: pund / kubikfot
Använda Density, Mass and Volume Calculator
Exempel: Antag att du har en bägare full av en mystisk vattenlösning. Att beräkna densiteten och jämföra den med rent vatten kan hjälpa till att bestämma dess sammansättning.
Du beräknar lösningsvolymen genom att mäta bägarens dimensioner och vätskenivån och finna att den är 355 ml. Eftersom en milliliter är en kubikcentimeter bör du hitta massan i gram. Du upptäcker att det är 372 gram.
Densiteten är då 372 gm ÷ 355 ml = 1,05 g / ml. Det är bara lite tätare än rent vatten (1 g / ml), så vad som än löses i vattnet har låg koncentration.
Exempel: Du hittar en stor sten med ungefär sfärisk form och vill veta dess sammansättning. Att hitta dess densitet kan hjälpa dig att bestämma det.
Beräkna bergets volym genom att mäta dess diameter och dela med 2 för att hitta dess radie (r).
Volymen på en sfär är 4 / 3πr3, så om berget har en radie på 10 tum är dess volym 418,67 kubikcentimeter.
Konvertera till kubikfot genom att multiplicera med 0,00057. Resultatet är 0,239 kubikfot.
Om berget väger 40 pund är densiteten 40 lb / 0,239 ft3 = 167. 36 lb / ft3. Detta är mycket nära granitens densitet, så det finns en god chans att berget är solid granit.
Använda densitetstabeller
Om du har ett föremål av ett känt material kan du slå upp densiteten i en tabell. Denna information gör att du kan beräkna volymen genom att väga den. Om du redan känner till dess volym kan du beräkna dess massa. Med hjälp av räknaren för densitet, massa, volym behöver du bara ordna om densitetsekvationen för att uttrycka den parameter du vill ha i termer av de andra två.
Exempel: Antag att du har en guldstaty och att du vill hitta dess volym.
D = m ÷ v, så v = m ÷ D
Du tycker att statyn väger 2 kg. I en tabell hittar du densiteten hos guld till cirka 19 300 kg / m3.
När du sätter i siffror hittar du volymen att vara 2 kg ÷ 19 300 kg / m3 = 0,0001 m3 eller ungefär en tiondel liter.
Exempel: Hur mycket väger en milliliter kvicksilver?
D = m ÷ v, så m = Dv
Densiteten av kvicksilver är 13,6 g / ml, så en volym på 1 ml har en massa på 13,6 gram.