Hur man beräknar densitet genom vattenförskjutning

Archimedes har sitt ursprung i metoden för att hitta densitet genom att använda vattenförskjutning. En berättelse om hans upptäckt handlar om kungens guldkrona, en möjligen grov juvelerare och ett badkar. Det är sant eller inte, historien överlever i en eller annan version på grund av vikten av Archimedes upptäckt snarare än om juveleraren verkligen försökte fuska kungen.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Beräkning av densitet använder formeln D = m ÷ v, där D betyder densitet, m betyder massa och v betyder volym. Hitta massa med hjälp av en balansskala och använd vattenförskjutning för att hitta volymen på oregelbundna föremål. Vattenförskjutning fungerar eftersom mängden vatten som förskjuts av ett föremål nedsänkt i vatten är lika med föremålets volym. Om ett föremål nedsänkt i en graderad cylinder höjer vattennivån från 40 milliliter till 90 milliliter, är volymförändringen 50 milliliter lika med objektets volym i kubikcentimeter.

All materia har massa och tar plats. Densitet, ett beräknat värde, mäter mängden materia i ett utrymme. För att beräkna materialets densitet, hitta massan och volymen på objektet. Beräkna objektets densitet med hjälp av formeln densitet är lika med massan dividerad med volymen:

Att hitta massa kräver att man använder en balansskala. De flesta massskalor balanserar det okända objektet mot en känd massa. Exempel inkluderar tredubbla strålvågor och äkta vågar, som den klassiska skalan som ses i ett analyskontor. Elektroniska vågar kan också ställas in som massvågar. Badrumsvågar, förutom att det saknas den noggrannhet som krävs, mäter vikt, inte massa. Massa mäter mängden materia i ett objekt medan vikten mäter tyngdkraften på massan av ett objekt.

Att hitta volymen på vanliga geometriska objekt använder standardformler. Volymen på en låda är till exempel lika med längd gånger bredd gånger höjd. Inte alla objekt passar dock en formel. För dessa oregelbundet formade objekt, använd vattenförskjutningsmetoden för att hitta objektets volym.

Vattenförskjutning använder en viss egenskap hos vatten: 1 milliliter (förkortat ml) vatten tar upp 1 kubikcentimeter (cm³) utrymme eller volym, när vattnet har standardtemperatur (0 ° C) och tryck (1 atmosfär). Ett föremål helt nedsänkt i vatten förskjuter eller förskjuter en volym vatten som är lika med föremålets volym. Så om ett objekt förskjuter 62 ml vatten, är objektets volym lika med 62 cm³.

Metoder för att använda vattenförskjutning för att hitta volym kräver att objektet sänks ned i en känd volym vatten och mätning av förändringen i vattennivån. Om föremålet passar in i en graderad cylinder eller en mätkopp kan du läsa mätningen direkt. Om vattennivån börjar vid 40 ml och ändras till 90 ml efter att objektet har sänkts ned, motsvarar objektets volym den slutliga vattenvolymen (90 ml) minus den ursprungliga vattenvolymen (40 ml) eller 50 ml.

Om föremålet inte passar in i en graderad cylinder eller mätkopp kan du mäta volymen på förskjutet vatten på olika sätt. En metod kräver att du placerar en skål i en bricka eller en större skål. Den inre skålen måste vara tillräckligt stor för att försena objektet helt. Fyll den inre skålen helt full av vatten. Försiktigt, utan att skapa vågor eller stänk, för in föremålet i skålen och låt det förskjutna vattnet spillas in i den större skålen eller brickan. Ta bort den inre skålen mycket försiktigt så att inget extra spill spills ut. Mät sedan volymen vatten i den större skålen. Den volymen är lika med objektets volym.

En andra, kanske mer praktisk metod, använder också en skål. Skålen måste vara tillräckligt stor för att försena föremålet helt utan att rinna över. Börja med att fylla skålen med tillräckligt med vatten för att helt täcka föremålet. Markera vattenlinjen i skålen innan du lägger till föremålet. Liksom den graderade cylindern markerar detta den initiala volymen vatten. Lägg sedan till objektet och se till att objektet är helt täckt av vatten. Markera denna vattenlinje på skålen. Ta nu försiktigt bort föremålet från vattnet.

Vid denna tidpunkt måste förändringen i vattenvolym bestämmas. En metod mäter mängden vatten som krävs för att höja vattennivån från den ursprungliga volymlinjen till den slutliga volymlinjen. Den här volymen är lika med objektets volym. En andra metod mäter mängden vatten som används för att fylla skålen till första raden, och mäter sedan mängden vatten som krävs för att fylla skålen till den andra raden. Med formeln slutlig volym minus initial volym (v_f - v_i) ger objektets volym. Om den ursprungliga volymen av vatten är lika med 900 ml vatten och den slutliga volymen av vatten är lika med 1250 ml, är föremålets volym 1250 - 900 = 350 ml, vilket betyder att objektets volym är lika med 350 cm³.

När du väl har mätt ett föremåls massa och volym, måste du hitta mätningarna i densitetsformeln för att hitta densiteten. Till exempel, om den uppmätta massan är lika med 875 g och den uppmätta volymen är lika med 350 cm³, då blir densitetsformeln:

2,50 gram per kubikcentimeter, vanligtvis skrivet som 2,50 g / cm³.