Kompozit Yoğunluk Nasıl Hesaplanır

Kütle ve yoğunluk – hacimle birlikte, bu iki niceliği fiziksel ve matematiksel olarak birbirine bağlayan kavram – fizik bilimindeki en temel kavramlardan ikisidir. Buna rağmen ve kütle, yoğunluk, hacim ve ağırlık her gün dünya çapında milyonlarca hesaplamaya dahil olsa da, birçok insan bu miktarlarla kolayca karıştırılmaktadır.

​Yoğunluk,hem fiziksel hem de günlük terimlerle, belirli bir tanımlanmış alan içindeki bir şeyin konsantrasyonunu ifade eden, genellikle "kütle yoğunluğu" anlamına gelir ve bu nedenle,birim hacimdeki madde miktarı. Yoğunluk ve ağırlık arasındaki ilişki hakkında çok sayıda yanlış anlama vardır. Bunlar anlaşılabilir ve çoğu için bunun gibi bir inceleme ile kolayca temizlenebilir.

Ayrıca, kavramıbileşik yoğunlukönemli. Birçok malzeme doğal olarak her biri kendi yoğunluğuna sahip bir karışımdan, elementlerden veya yapısal moleküllerden oluşur veya bunlardan üretilir. İlgilenilen öğedeki tek tek malzemelerin birbirine oranını biliyorsanız ve bakabilir veya aksi takdirde bireysel yoğunluklarını hesaplayın, o zaman malzemenin kompozit yoğunluğunu şu şekilde belirleyebilirsiniz: bir bütün.

Yoğunluğa Yunanca rho (ρ) harfi atanır ve basitçe bir şeyin kütlesinin toplam hacmine bölümüdür:

SI (standart uluslararası) birimleri kg/m2'dir.³, çünkü kilogram ve metre sırasıyla kütle ve yer değiştirme ("mesafe") için temel SI birimleridir. Bununla birlikte, birçok gerçek yaşam durumunda, mililitre başına gram veya g/mL daha uygun bir birimdir. Bir mL = 1 santimetre küp (cc).

Belirli bir hacme ve kütleye sahip bir cismin şekli, cismin mekanik özelliklerini etkilese bile yoğunluğu üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir. Benzer şekilde, aynı şekle (ve dolayısıyla hacme) ve kütleye sahip iki nesne, bu kütlenin nasıl dağıldığına bakılmaksızın her zaman aynı yoğunluğa sahiptir.

Katı bir kütle küresiMve yarıçap$Küre boyunca eşit olarak yayılmış kütlesi ve katı bir kütle küresi ileMve yarıçap$neredeyse tamamen ince bir dış "kabuk" içinde yoğunlaşan kütlesi ile aynı yoğunluğa sahiptir.

Suyun yoğunluğu (H₂O) oda sıcaklığında ve atmosfer basıncında tam olarak 1 g/mL (veya eşdeğeri 1 kg/L) olarak tanımlanır.

Antik Yunan günlerinde Arşimet, bir nesne suya (veya herhangi bir akışkan), maruz kaldığı kuvvet, yer değiştiren suyun kütlesi çarpı yerçekimi (yani, ağırlığın ağırlığı) eşittir. Su). Bu matematiksel ifadeye yol açar

Başka bir deyişle, bu, bir nesnenin ölçülen kütlesi ile batırıldığında görünen kütlesi arasındaki farkın, sıvının yoğunluğuna bölünmesiyle, batık nesnenin hacmini verdiği anlamına gelir. Bu hacim, nesne küre gibi düzenli şekilli bir nesne olduğunda kolayca ayırt edilebilir, ancak denklem, garip şekilli nesnelerin hacimlerini hesaplamak için kullanışlı olur.

A L 1000 cc = 1.000 mL'dir. Dünya yüzeyine yakın yerçekimi ivmesi,g= 9.80 m/s².

Çünkü 1 L = 1.000 cc = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0,1 m × 0,1 m × 0,1 m)= 10^-3 m³, metreküpte 1.000 litre var. Bu, her iki tarafında 1 m'lik kütlesiz küp şeklindeki bir kabın bir tondan fazla 1.000 kg = 2.204 pound su tutabileceği anlamına gelir. Unutmayın, bir metre sadece yaklaşık üç buçuk fittir; su belki de düşündüğünüzden "daha kalın"!

Doğal dünyadaki çoğu nesnenin kütlesi, işgal ettikleri alana eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır. Kendi bedeniniz bir örnektir; Günlük bir ölçek kullanarak kütlenizi nispeten kolaylıkla belirleyebilirsiniz ve eğer doğru ekipmana sahipseniz, Kendinizi bir küvete daldırarak ve Arşimet'i kullanarak vücudunuzun hacmini belirleyebilir. prensip.

Ancak bazı bölümlerin diğerlerinden çok daha yoğun olduğunu biliyorsunuz (kemik vs. örneğin yağ), yaniyerel varyasyonyoğunlukta.

Bazı nesneler tek tip bir bileşime sahip olabilir ve bu nedenledüzgün yoğunluk, iki veya daha fazla element veya bileşikten yapılmış olmasına rağmen. Bu, belirli polimerler biçiminde doğal olarak meydana gelebilir, ancak stratejik bir üretim sürecinin, örneğin karbon fiber bisiklet çerçevelerinin bir sonucu olması muhtemeldir.

Bu, insan vücudundan farklı olarak, nesnenin neresinden çıkarmış olursanız olun veya ne kadar küçük olursa olsun aynı yoğunlukta bir malzeme örneği alacağınız anlamına gelir. Tarif açısından, "tamamen harmanlanmış".

basit kütle yoğunluğukompozit malzemelerveya bilinen bireysel yoğunluklara sahip iki veya daha fazla farklı malzemeden yapılmış malzemeler, basit bir işlem kullanılarak işlenebilir.

1. Karışımdaki tüm bileşiklerin (veya elementlerin) yoğunluklarını bulun. Bunlar birçok çevrimiçi tabloda bulunabilir; bir örnek için Kaynaklara bakın.
2. Her elementin veya bileşiğin karışıma yüzdelik katkısını 100'e bölerek ondalık bir sayıya (0 ile 1 arasında bir sayı) dönüştürün.
3. Her ondalık basamağı, karşılık gelen bileşik veya elementin yoğunluğu ile çarpın.
4. 3. adımdaki ürünleri bir araya getirin. Bu, başlangıçta veya problemde seçilen aynı birimlerdeki karışımın yoğunluğu olacaktır.

Örneğin, size yüzde 40 su, yüzde 30 cıva ve yüzde 30 benzin olan 100 mL'lik bir sıvı verildiğini varsayalım. Karışımın yoğunluğu nedir?

Biliyorsunuz ki su için ρ = 1.0 g/mL. Tabloya bakarak, cıva için ρ = 13,5 g/mL ve benzin için ρ = 0,66 g/mL olduğunu buluyorsunuz. (Bu, kayıtlara göre çok zehirli bir karışım yapar.) Yukarıdaki prosedürü takip ederek:

Cıva katkısının yüksek yoğunluğu, karışımın toplam yoğunluğunu su veya benzinin çok üzerinde artırır.

Bazı durumlarda, yalnızca gerçek yoğunluğun arandığı önceki durumun aksine, parçacıklı kompozitler için karışım kuralı farklı bir anlama gelir. Kiriş gibi doğrusal bir yapının strese karşı genel direncini, kendi bireysel direnciyle ilişkilendiren bir mühendislik kaygısıdır.lifvematrisbileşenler, bu tür nesneler genellikle belirli yük taşıma gereksinimlerine uyacak şekilde stratejik olarak tasarlandığından.

Bu genellikle olarak bilinen parametre cinsinden ifade edilir.elastik modülüE​(olarak da adlandırılırGencin modülü, ya daelastikiyet modülü). Kompozit malzemelerin elastik modülü hesaplaması cebirsel açıdan oldukça basittir. İlk olarak, bireysel değerlere bakınEKaynaklardaki gibi bir tabloda. hacimler ileVBilinen seçilen örnekteki her bir bileşenin ilişkisini kullanın

NeredeE_Ckarışımın modülü ve alt simgelerdirFveMsırasıyla fiber ve matris bileşenlerine bakın.

• Bu ilişki şu şekilde de ifade edilebilir (V_M +V​_​F​ ) = 1 veyaV​_​M​ = (1 - ​V_F​ ).