Щільність (D) - це величина, яка визначається як маса (м) на одиницю об’єму (v): D = m ÷ v. Оскільки ці три величини пов’язані, ви можете знайти одну з них, якщо знаєте дві інші. Це корисніше, ніж здається, оскільки щільність часто є відомою величиною, яку ви можете шукати, припускаючи, що знаєте склад матеріалу.
Для твердих об’єктів розрахунки є простими, але для рідин все стає складніше густина змінюється з температурою, а також для газів, для яких щільність залежить від температури та тиску.
Використовуйте послідовні одиниці
Рівняння, що стосується щільності, маси та об’єму, є простим і дозволяє розрахувати щільність матеріалу, якщо вимірювати його масу та об’єм. Єдине застереження полягає в тому, що ви повинні проводити вимірювання в одній системі.
Наприклад, якщо ви вимірюєте масу в кілограмах, ви повинні вимірювати обсяг в кубічних метрах, а якщо ви вимірюєте обсяг в квартах, ви повинні вимірювати масу в фунтах. Трьома системами, якими ви скоріш за все будете користуватися, є CGS (сантиметри, грами, секунди), MKS (метри, кілограми, секунди) та British Imperial. Найбільш використовувані одиниці вимірювання щільності в цих трьох системах:
- CGS: грам / кубічний сантиметр або грам / мілілітр
- МКС: кілограми / кубічний метр
- Британські: фунти / кубічний фут
Використання калькулятора щільності, маси та об’єму
Приклад: Припустимо, у вас є склянка, повна таємничого водного розчину. Розрахунок її щільності та порівняння з щільністю чистої води може допомогти визначити її склад.
Ви обчислюєте об’єм розчину, вимірюючи розміри склянки та рівень рідини, і виявляєте, що він становить 355 мл. Оскільки мілілітр - це кубічний сантиметр, ви повинні знайти масу в грамах. Ви виявите, що це 372 г.
Тоді щільність становить 372 г ÷ 355 мл = 1,05 г / мл. Це лише трохи щільніше чистої води (1 г / мл), тому все, що розчиняється у воді, має низьку концентрацію.
Приклад: Ви знайдете велику скелю з приблизно сферичною формою і хочете знати її склад. Визначення його щільності може допомогти вам це визначити.
Обчисліть об’єм гірської породи, вимірявши її діаметр і поділивши на 2, щоб знайти її радіус (r).
Об'єм кулі 4 / 3πr3, отже, якщо порода має радіус 10 дюймів, її об’єм становить 418,67 кубічних дюймів.
Перетворити в кубічні фути, помноживши на 0.00057. Результат - 0,239 кубічних футів.
Якщо гірська порода важить 40 фунтів, її щільність становить 0,29 фута3 = 167. 36 фунтів / футів3. Це дуже близько до щільності граніту, тому є велика ймовірність, що гірська порода є твердим гранітом.
Використання таблиць щільності
Якщо у вас є предмет, виготовлений із відомого матеріалу, ви можете знайти його щільність у таблиці. Ця інформація дозволяє розрахувати її об’єм шляхом зважування. Якщо ви вже знаєте його об’єм, ви можете розрахувати його масу. За допомогою калькулятора щільності, маси, обсягу просто потрібно переставити рівняння щільності, щоб виразити параметр, який ви хочете, через інші два.
Приклад: Припустимо, у вас є золота статуя, і ви хочете знайти її обсяг.
D = m ÷ v, отже v = m ÷ D
Ви знайдете, статуя важить 2 кг. У таблиці ви знайдете щільність золота приблизно 19 300 кг / м3.
Підключивши цифри, ви виявите, що об’єм становить 2 кг ÷ 19 300 кг / м3 = 0,0001 м3 або приблизно десята частина літра.
Приклад: Скільки важить мілілітр ртуті?
D = m ÷ v, отже m = Dv
Щільність ртуті становить 13,6 г / мл, тому об'єм 1 мл має масу 13,6 грам.