Hur man beräknar sammansatt densitet

Massa och densitet - tillsammans med volym, konceptet som länkar dessa två kvantiteter, fysiskt och matematiskt - är två av de mest grundläggande begreppen inom fysikalisk vetenskap. Trots detta, och även om massa, densitet, volym och vikt var och en är involverad i otaliga miljoner beräkningar över hela världen varje dag, är många människor lätt förvirrade av dessa mängder.

​Densitet,som i både fysiska och vardagliga termer helt enkelt hänvisar till en koncentration av något inom ett givet definierat utrymme, vanligtvis betyder "massdensitet" och därmed hänvisar det tillmängd materia per volymenhet. Många missuppfattningar finns i överflöd om förhållandet mellan densitet och vikt. Dessa är begripliga och lättklara för de flesta med en recension som den här.

Dessutom begreppetsammansatt densitetär viktigt. Många material består naturligtvis av, eller tillverkas av, en blandning eller grundämnen eller strukturella molekyler, var och en med sin egen densitet. Om du vet förhållandet mellan enskilda material till varandra i objektet av intresse, och kan slå upp eller annars räkna ut deras individuella densiteter, då kan du bestämma materialets sammansatta densitet som en hel.

Densitet tilldelas den grekiska bokstaven rho (ρ) och är helt enkelt massan av något dividerat med dess totala volym:

SI-enheter (standard internationella) är kg / m³, eftersom kilogram och meter är bas-SI-enheter för massa respektive förskjutning ("avstånd"). I många verkliga situationer är dock gram per milliliter eller g / ml en bekvämare enhet. En ml = 1 kubikcentimeter (cc).

Formen på ett objekt med en given volym och massa påverkar inte densiteten, även om detta kan påverka objektets mekaniska egenskaper. På samma sätt har två objekt med samma form (och därmed volym) och massa alltid samma densitet oavsett hur massan fördelas.

En solid masskulaMoch radieRmed sin massa spridd jämnt över sfären och en solid massfärMoch radieRmed sin massa koncentrerad nästan helt i ett tunt yttre "skal" har samma densitet.

Densiteten hos vatten (H₂O) vid rumstemperatur och atmosfärstryck definieras som exakt 1 g / ml (eller motsvarande 1 kg / l).

Under antika Greklands dagar bevisade Archimedes ganska genialt att när ett föremål sänks ner i vatten (eller något annat) vätska), är den kraft som den upplever lika med massan av det förskjutna vattnet gånger tyngdkraften (dvs vikten av vatten). Detta leder till det matematiska uttrycket

Med ord betyder detta att skillnaden mellan ett objekts uppmätta massa och dess uppenbara massa vid nedsänkning, dividerat med vätskans densitet, ger volymen på det nedsänkta föremålet. Denna volym kan lätt urskiljas när föremålet är ett regelbundet format föremål som en sfär, men ekvationen är användbar för att beräkna volymerna på konstigt formade föremål.

A L är 1000 cc = 1000 ml. Accelerationen på grund av gravitationen nära jordens yta ärg= 9,80 m / s².

Eftersom 1 L = 1000 cc = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0,1 m × 0,1 m × 0,1 m) = 10^-3 m³, det finns 1 000 liter i en kubikmeter. Detta innebär att en masslös kubformad behållare 1 m på varje sida kan rymma 1000 kg = 2,204 pund vatten, överstigande ett ton. Kom ihåg att en meter bara är cirka tre och en kvart fot; vatten är kanske "tjockare" än du trodde!

De flesta föremål i den naturliga världen har sin massa ojämnt spridd över vilket utrymme de upptar. Din egen kropp är ett exempel; Du kan bestämma din massa relativt enkelt med hjälp av en vardaglig skala, och om du hade rätt utrustning du kan bestämma kroppens volym genom att sänka dig ner i ett badkar med vatten och använda Archimedes ' princip.

Men du vet att vissa delar är mycket tätare än andra (ben vs. fett, till exempel), så det finnslokal variationi densitet.

Vissa objekt kan ha en enhetlig sammansättning och därmedenhetlig densitet, trots att de är gjorda av två eller flera element eller föreningar. Detta kan förekomma naturligt i form av vissa polymerer, men är sannolikt en följd av en strategisk tillverkningsprocess, t.ex. kolfibercykelramar.

Detta innebär att, till skillnad från fallet med en människokropp, skulle du få ett prov av material med samma densitet oavsett var i objektet du extraherade det från eller hur litet det var. I receptvillkor är det "helt blandat."

Den enkla massdensiteten avkompositmaterialeller material tillverkade av två eller flera distinkta material med kända individuella densiteter, kan bearbetas med användning av en enkel process.

1. Hitta densiteterna för alla föreningar (eller element) i blandningen. Dessa finns i många onlinetabeller; se Resurser för ett exempel.
2. Konvertera varje element eller föreningars procentuella bidrag till blandningen till ett decimaltal (ett tal mellan 0 och 1) genom att dividera med 100.
3. Multiplicera varje decimal med densiteten för motsvarande förening eller element.
4. Lägg ihop produkterna från steg 3. Detta kommer att vara blandningens densitet i samma enheter som valts i början eller problemet.

Anta till exempel att du får en 100 ml vätska som är 40 procent vatten, 30 procent kvicksilver och 30 procent bensin. Hur är blandningens densitet?

Du vet att för vatten är ρ = 1,0 g / ml. I tabellen hittar du att ρ = 13,5 g / ml för kvicksilver och ρ = 0,66 g / ml för bensin. (Detta skulle göra en mycket giftig sammansättning, för rekordet.) Följ proceduren ovan:

Den höga tätheten av kvicksilvers bidrag ökar blandningens totala densitet långt över vatten eller bensin.

I vissa fall, till skillnad från den tidigare situationen där endast en sann densitet eftersträvas, betyder blandningsregeln för partikelskompositer något annat. Det är ett tekniskt bekymmer som relaterar den totala spänningsmotståndet hos en linjär struktur, såsom en stråle, till motståndet hos dess individfiberochmatrisbeståndsdelar, eftersom sådana föremål ofta är strategiskt konstruerade för att uppfylla vissa bärande krav.

Detta uttrycks ofta i termer av den parameter som kallaselasticitetsmodulE​(även kalladYoungs modul, eller denelasticitetsmodul). Den elastiska modulberäkningen av kompositmaterial är ganska enkel ur algebraisk synvinkel. Leta först upp de enskilda värdena förEi en tabell som den i resurserna. Med volymernaVför varje komponent i det valda provet som är känt, använd förhållandet

VarE_Cär blandningsmodulen och prenumerationernaFochMhänvisar till fiber respektive matrixkomponenter.

• Detta förhållande kan också uttryckas som (V_M + V​_​F​ ) = 1 ellerV​_​M​ = (1 - ​V_F​ ).