วิธีหาความหนาแน่นของหิน

หินมีรูปร่าง ขนาด และองค์ประกอบที่หลากหลาย หินตะกอน หินอัคนี และหินแปร สัมพันธ์กันเป็นขั้นตอนต่างๆ ในวัฏจักรหิน การแยกหินประเภทหนึ่งออกจากหินชนิดอื่นนั้นบางครั้งขึ้นอยู่กับลักษณะที่แตกต่างกันเล็กน้อย ความหนาแน่นรวมกับการสังเกตและการทดสอบเพิ่มเติม ช่วยระบุและแยกความแตกต่างของหินก้อนหนึ่งออกจากอีกก้อนหนึ่ง เนื่องจากความหนาแน่นจะวัดอัตราส่วนของมวลต่อปริมาตร การคำนวณความหนาแน่นจึงต้องมีการวัดมวลและปริมาตรอย่างแม่นยำ

การหาความหนาแน่นของหินต้องวัดมวลของหินเป็นกรัมและปริมาตรเป็นลูกบาศก์เซนติเมตร ค่าเหล่านี้พอดีกับสมการ:

โดยที่ D หมายถึงความหนาแน่น m หมายถึงมวล และ V หมายถึงปริมาตร ใส่ค่าและแก้หาความหนาแน่น โดยทั่วไป การวัดปริมาตรจะใช้การกระจัดของน้ำ โดยใช้ประโยชน์จากความสัมพันธ์ที่น้ำหนึ่งมิลลิลิตรใช้พื้นที่หนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร

หินมีตั้งแต่คริสตัลของแร่ธาตุหนึ่งชนิดไปจนถึงของผสมของแร่ธาตุต่างๆ แร่ธาตุอาจเป็นกล้องจุลทรรศน์ทั้งหมด กล้องจุลทรรศน์ทั้งหมดหรือส่วนผสมของผลึกด้วยกล้องจุลทรรศน์และมหภาค แร่ธาตุอาจกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งหินหรืออาจจัดเรียงเป็นชั้นหรือเป็นกระจุก เพื่อความถูกต้อง ตัวอย่างที่ทดสอบต้องมีแร่ธาตุทั้งหมดของหิน นอกจากนี้ ตัวอย่างไม่ควรมีพื้นผิวที่ผุกร่อน กระบวนการผุกร่อนจะเปลี่ยนแร่วิทยาดั้งเดิมซึ่งจะเปลี่ยนความหนาแน่นด้วย ดังนั้น เพื่อวัดความหนาแน่นโดยรวมได้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างหินที่เลือกต้องเป็นตัวแทนของแร่ธาตุทั้งหมดในอัตราส่วนเดียวกันกับมวลหินที่ใหญ่กว่า โดยทั่วไป นักธรณีวิทยาจะเลือกตัวอย่างมือ ตัวอย่างหินขนาดเท่ากำปั้นหรือลูกเบสบอล ตัวอย่างหินที่มีขนาดเล็กมากอาจไม่ได้เป็นตัวแทนของแร่วิทยาของมวลหินทั้งหมด ในขณะที่ตัวอย่างขนาดใหญ่มากท้าทายความสามารถในการวัดมวลหรือปริมาตรได้อย่างแม่นยำหรือทั้งสองอย่าง

แนวคิดเรื่องมวลและน้ำหนักทำให้หลายคนสับสน มวลวัดปริมาณของสสารในวัตถุในขณะที่น้ำหนักวัดแรงโน้มถ่วงของมวล ความสับสนเกิดขึ้นเพราะแรงดึงดูดของโลกมีค่าเท่ากับ 1 ดังนั้นมวลและน้ำหนักจึงแตกต่างกันด้วยปริมาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้น โดยได้รับอิทธิพลจากระดับความสูงและหินก้อนใหญ่ที่อยู่เบื้องล่าง

การวัดมวลอย่างแม่นยำต้องใช้เครื่องชั่งแบบสมดุล เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องชั่งแบบสามคาน หรือเครื่องชั่งอื่นๆ จะวัดมวล เครื่องชั่งน้ำหนักพื้นฐานอย่างเครื่องชั่งน้ำหนักในห้องน้ำโดยทั่วไปไม่ได้ให้ความแม่นยำที่จำเป็นสำหรับการหามวล มาตราส่วนมวลแต่ละอันมีทิศทางเฉพาะ แต่เทคนิคทั่วไปกำหนดมาตราส่วนให้สมดุลที่ศูนย์ วางหินบนกระทะ สมดุลมาตราส่วน จากนั้นอ่านมวลของชิ้นงานทดสอบโดยตรง เมื่อวัดมวล ให้บันทึกหน่วยเป็นกรัม

ปริมาณ ค่อนข้างง่าย วัดพื้นที่ที่วัตถุครอบครอง การหาปริมาตรของรูปทรงเรขาคณิตปกติ เช่น ทรงกลม ลูกบาศก์ และกล่อง ใช้สูตรที่กำหนดขึ้น โชคไม่ดีที่ก้อนหินมาในรูปทรงเรขาคณิต การหาปริมาตรจึงต้องใช้เทคนิคพิเศษ อาร์คิมิดีสค้นพบการเคลื่อนตัวของน้ำ และการหาปริมาตรโดยใช้การกระจัดของน้ำนั้นต้องใช้ความคิดเพียงเล็กน้อยและสัมผัสความคล่องแคล่ว นอกจากนี้ โปรดจำไว้ว่า น้ำหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรเท่ากับน้ำหนึ่งมิลลิลิตร

การกระจัดของน้ำหมายความว่าวัตถุที่วางอยู่ในน้ำจะแทนที่ปริมาตรของน้ำเท่ากับปริมาตรของวัตถุ ตัวอย่างเช่น วัตถุที่มีปริมาตร 5 ลูกบาศก์เซนติเมตรที่จมอยู่ในภาชนะบรรจุน้ำจะแทนที่น้ำ 5 มิลลิลิตร หากภาชนะมีหน่วยวัด การอ่านค่าน้ำเริ่มต้น 10 มิลลิลิตรจะเปลี่ยนเป็น 15 มิลลิลิตร หลังจากแช่วัตถุขนาด 5 ลูกบาศก์เซนติเมตรลงในน้ำ

การหาปริมาตรจากการเคลื่อนตัวของน้ำจำเป็นต้องวางตัวอย่างหินในภาชนะที่มีเครื่องหมายปริมาตรที่วัดได้ เช่น ถ้วยตวง ก่อนเติมหิน ใส่น้ำในถ้วยให้เพียงพอ เพื่อให้หินจมอยู่ใต้น้ำจนหมด วัดปริมาตรน้ำ. เพิ่มหิน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่มีฟองอากาศเกาะติดกับหิน วัดปริมาตรน้ำที่ได้ ลบปริมาตรเริ่มต้น เฉพาะน้ำ ปริมาตรจากขั้นสุดท้าย น้ำและหิน ปริมาตรเพื่อหาปริมาตรของหิน ดังนั้น ถ้าปริมาตรน้ำเริ่มต้นคือ 30 มิลลิลิตร และน้ำสุดท้ายบวกปริมาตรของหินคือ 45 มิลลิลิตร ปริมาตรของหินเพียงอย่างเดียวคือ 45-30=15 มิลลิลิตร หรือ 15 ลูกบาศก์เซนติเมตร แน่นอน ตัวเลขในธรรมชาติ เช่น ก้อนหิน ไม่น่าจะใช่เลขคู่

ถ้าหินใส่ถ้วยตวงไม่ได้ ให้ใช้ภาชนะขนาดใหญ่พอที่จะจุ่มหินลงไป วางภาชนะในถาด. เติมน้ำลงในภาชนะให้เต็ม ค่อยๆ สไลด์หินลงไปในน้ำอย่างระมัดระวังโดยไม่มีคลื่นหรือน้ำกระเซ็น น้ำที่หกออกจากภาชนะทั้งหมดต้องเก็บไว้ในถาดรอง นำภาชนะออกจากถาดอย่างระมัดระวังโดยไม่ทำให้น้ำหกลงในถาดโดยไม่ได้ตั้งใจ วัดน้ำที่หกโดยเจตนาในถาดเพื่อกำหนดปริมาตรของหิน ปริมาณน้ำที่ไหลออกจากภาชนะข้างก้อนหินและจับลงในถาดเท่ากับปริมาตรของหิน

• หินตะกอนบางชนิด เช่น หินทราย จะสลายตัวเมื่อจมอยู่ในน้ำ วิธีการที่ได้รับการยอมรับในการหยุดการเสื่อมสภาพของตัวอย่างนี้ใช้แว็กซ์บางๆ เพื่อปกป้องตัวอย่าง จุ่มตัวอย่างหลายๆ ครั้งในขี้ผึ้งที่ละลายแล้ว ปล่อยให้ขี้ผึ้งเย็นลงเล็กน้อยระหว่างชั้นต่างๆ ปล่อยให้แว็กซ์เย็นสนิทแล้วจึงหามวลของหินด้วยการเคลือบแว็กซ์ ลบมวลที่ห่อหุ้มด้วยขี้ผึ้งออกจากมวลที่เป็นหินเท่านั้นเพื่อหามวลของขี้ผึ้ง ใช้วิธีกระจัดน้ำเพื่อหาปริมาตรรวม ใช้สูตรความหนาแน่น (ความหนาแน่นของขี้ผึ้งพาราฟินอยู่ในช่วง 0.88 ถึง 0.92) เพื่อหาปริมาตรของขี้ผึ้ง ลบปริมาตรของขี้ผึ้งออกจากปริมาตรทั้งหมดที่วัดได้เพื่อหาปริมาตรของตัวอย่างหิน

การคำนวณความหนาแน่นจากมวลและปริมาตรต้องใช้สูตรง่ายๆ คือ ความหนาแน่นเท่ากับมวลหารด้วยปริมาตร ดังนั้น หากมวลหินที่วัดได้เท่ากับ 984.2 กรัม และปริมาตรที่วัดได้เท่ากับ 382.9 มิลลิลิตร โดยใช้สูตรให้สมการดังนี้

แสดงความหนาแน่นของตัวอย่างเท่ากับ 2.57 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร