V članku razmislimo, kako najti gostoto in kaj je. Pri načrtovanju številnih konstrukcij in vozil se upoštevajo številne fizikalne lastnosti, ki jih mora imeti določen material. Eden od njih je gostota.
Masa in prostornina
Dešifrirajte pomen dveh fizikalnih veličin, ki sta neposredno povezani z njim - to sta masa in prostornina. Preden odgovorimo na vprašanje, kako najti gostoto.
Masa je značilnost, ki opisuje inercialne lastnosti teles in njihovo sposobnost, da med seboj pokažejo gravitacijsko privlačnost. Masa se meri v kilogramih v sistemu SI.
Koncepta inercialne in gravitacijske mase je v fiziko prvi uvedel Isaac Newton, ko je oblikoval zakone mehanike in univerzalne gravitacije.
Volume je izključno geometrijska lastnost telesa, ki kvantitativno odraža del prostora, ki ga zavzema. Prostornina se meri v kubičnih enotah dolžine, na primer v SI je v kubičnih metrih.
Za telesa znane oblike(paralelepiped, krogla, piramida) to vrednost lahko določimo s posebnimi formulami, za predmete nepravilne geometrijske oblike se volumen določi tako, da jih potopimo v tekočino.
gostota fizične količine
Zdaj lahko greste neposredno na odgovor na vprašanje, kako najti gostoto. Ta lastnost je določena z razmerjem med telesno maso in prostornino, ki jo zaseda, kar je matematično zapisano na naslednji način:
ρ=m/V.
Ta enakost prikazuje enote ρ (kg/m3). Tako so gostota, masa in prostornina povezane z eno samo enakostjo, vrednost ρ za kateri koli material pa kaže volumsko koncentracijo njegove mase.
Dajmo preprost primer: če vzamete v roko plastične in železne kroglice enake velikosti, bo druga imela veliko večjo težo kot prva. To dejstvo je posledica visoke gostote železa v primerjavi s plastiko.
Ena od glavnih manifestacij razmerja gostot v naravi bo vzgona teles. Če ima telo manjšo gostoto kot tekočina, potem ne bo nikoli potonilo v njem.
Gostota materialov
Ko govorimo o gostoti določenih materialov, mislimo na trdne snovi. Plini in tekočine imajo tudi določeno gostoto, vendar o njih tukaj ne bomo govorili.
Trdni materiali so lahko kristalni ali amorfni. Vrednost ρ je odvisna od strukture, medatomskih razdalj ter atomske in molekulske mase materialov. Na primer, vse kovine so kristali, steklo ali lesamorfna struktura. Spodaj je tabela gostote različnih vrst lesa.
Upoštevajte, da je v tem primeru podana povprečna gostota. V resničnem življenju ima vsako drevo edinstvene lastnosti, vključno z prazninami, porami in prisotnostjo določenega odstotka vlage v lesu.
Spodaj je druga tabela. V njem so podane v g/cm3gostote vseh čistih kemičnih elementov, ki so pri sobni temperaturi.
Iz tabele je razvidno, da imajo vsi elementi večjo gostoto od gostote vode. Izjema so le tri kovine - litij, kalij in natrij, ki ne potonejo, ampak lebdijo na površini vode.
Kako se gostota meri eksperimentalno?
Pravzaprav obstajata dve tehniki za določanje značilnosti, ki se preučujejo. Prvi je neposredno stehtati telo in izmeriti njegove linearne mere.
Če je geometrijska oblika telesa kompleksna, se uporablja tako imenovana hidrostatična metoda.
Njegovo bistvo je naslednje: najprej stehtajte telo v zraku. Predpostavimo, da je bila dobljena teža P1. Po tem se telo stehta v tekočini z znano gostoto ρl. Naj bo teža telesa v tekočini P2. Potem bo vrednost gostote ρ preučevanega materiala:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
To formulo lahko dobi vsak študent sam, če upošteva Arhimedov zakonza opisani primer.
Zgodovinsko gledano velja, da je grški filozof Arhimed prvič uporabil hidrostatsko tehtanje za določitev lažne zlate krone. Prve hidrostatske tehtnice je izumil Galileo Galilei konec 16. stoletja. Trenutno se elektronski piknometri in merilniki gostote pogosto uporabljajo za eksperimentalno določanje vrednosti ρ v tekočinah, trdnih snoveh in plinih.
Teoretična definicija gostote
Vprašanje, kako eksperimentalno najti gostoto, je bilo obravnavano zgoraj. Vendar pa je ta ρ neznanega materiala mogoče najti teoretično. Da bi to naredili, je treba poznati vrsto kristalne mreže, parametre te rešetke, pa tudi maso atomov, ki jo tvorijo. Ker ima vsaka elementarna kristalna mreža določeno geometrijsko obliko, je enostavno najti formulo za določanje njene prostornine.
Če je kristalni material sestavljen iz več kemičnih elementov, kot so kovinske zlitine, potem lahko njegovo povprečno gostoto določimo z naslednjo preprosto formulo:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Kjer sta mi, ρi masa oziroma gostota i-te komponente.
Če ima material amorfno strukturo, teoretično ne bo mogoče natančno določiti njegove gostote, zato je treba uporabiti eksperimentalne tehnike.
