En introduktion til densitet: Definition og beregning

Et materiale massefylde defineres som dens masse pr. enhedsvolumen. Sagt på en anden måde, densitet er forholdet mellem masse og volumen eller masse pr. Enhedsvolumen. Det er et mål for, hvor meget "ting" et objekt har i en enhedsvolumen (kubikmeter eller kubikcentimeter). Tæthed er i det væsentlige en måling af, hvor tæt stof der sidder sammen. Tæthedsprincippet blev opdaget af den græske videnskabsmand Archimedes, og det er let at beregne, hvis du kender formlen og forstår dens relaterede enheder.

At beregne densiteten (normalt repræsenteret af Græsk bogstav "ρ") af et objekt, tag massen (m) og divider med lydstyrken (v):

ρ = m / v

Det SI-enhed af densitet er kilogram pr. kubikmeter (kg / m³). Det er også ofte repræsenteret i cgs enhed gram pr. kubikcentimeter (g / cm)³).

I studietæthed kan det være nyttigt at arbejde a prøveproblem ved hjælp af formlen for densitet som nævnt i det foregående afsnit. Husk, at selv om densiteten faktisk er masse divideret med volumen, måles den ofte i enheder på gram pr. Kubik centimeter, fordi gram repræsenterer en standardvægt, mens kubikcentimeter repræsenterer volumen af objekt.

Til dette problem skal du tage en mursten af ​​salt, der måler 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm, som vejer 433 gram. For at finde densiteten skal du bruge formlen, som hjælper dig med at bestemme mængden af ​​masse pr. Enhedsvolumen, eller:

ρ = m / v

I dette eksempel har du objektets dimensioner, så du skal beregne lydstyrken. Det formel for volumen afhænger af objektets form, men det er en simpel beregning for en boks:

v = længde x bredde x tykkelse
v = 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm
v = 200,0 cm³

Nu hvor du har massen og volumen, beregne densiteten, som følger:

ρ = m / v
p = 433 g / 200,0 cm³
p = 2,165 g / cm³

Således er saltstenens tæthed 2,165 g / cm³.

En af de mest almindelige anvendelser af densitet er, hvordan forskellige materialer interagerer, når de blandes sammen. Træ flyder i vand, fordi det har en lavere densitet, mens et anker synker, fordi metallet har en højere densitet. Heliumballoner flyder, fordi heliumens densitet er lavere end luftens densitet.

Når din bilkørestation tester forskellige væsker, såsom transmissionsvæske, hælder den noget af væsken i et hydrometer. Hydrometeret har flere kalibrerede objekter, hvoraf nogle flyder i væsken. Ved at observere, hvilke af objekterne flyder, kan medarbejderne på servicestationen bestemme væskens densitet. I tilfælde af transmissionsvæske afslører denne test, om ansatte i servicestationer skal udskiftes med det samme, eller om væsken stadig har noget liv i sig.

Densitet giver dig mulighed for at løse for masse og volumen, hvis du får den anden mængde. Siden tæthed af almindelige stoffer er kendt, er denne beregning temmelig ligetil, i formen. (Bemærk, at stjerne symbolet - * - bruges til at undgå forveksling med variablerne for lydstyrke og densitet, ρ og v, henholdsvis.)

v * ρ = meller
m / ρ = v

Ændringen i densitet kan også være nyttig til analyse af nogle situationer, f.eks. Når der sker en kemisk omdannelse og energi frigives. Opladningen i et opbevaringsbatteri er for eksempel en sur opløsning. Når batteriet aflader elektricitet, kombineres syren med blyet i batteriet for at danne et nyt kemikalie, hvilket resulterer i et fald i opløsningens densitet. Denne tæthed kan måles for at bestemme batteriets niveau af resterende opladning.

Tæthed er et nøglekoncept i analyse af, hvordan materialer interagerer i væskemekanik, vejr, geologi, materialevidenskab, teknik og andre fysikområder.

Et koncept relateret til densitet er specifik tyngdekraft (eller endnu mere passende, relativ tæthed) af et materiale, som er forholdet mellem materialets densitet og vandtæthed. Et objekt med en specifik tyngdekraft mindre end en vil flyde i vand, mens en specifik tyngdekraft større end én betyder, at det vil synke. Det er dette princip, der f.eks. Tillader en ballon fyldt med varm luft at flyde i forhold til resten af ​​luften.