Как е плътността във физиката. Как се измерва плътността на материала? Плътност на различни материали

В много индустриални промишлени сектори, както и в строителството и селското стопанство се използва концепцията за "плътност на материала". Това е изчислената стойност, която е съотношението на масата на веществото към обема на нея. Познаването на такъв параметър, например, на бетон, строителите могат да изчислят необходимото количество, когато се пълнят от различни стоманобетонни конструкции: изграждане на блокове, припокривания, монолитни стени, колони, защитни саркофаги, басейни, шлюзове и други предмети.

Как да се определи плътността

Важно е да се отбележи, че определянето на плътността на строителните материали можете да използвате специални референтни таблици, където тези количества са дадени за различни вещества. Също така разработени методи и алгоритми за изчисляване, които позволяват да се получат такива данни на практика, ако няма достъп до референтни материали.

Плътността се определя от:

• течни тела от устройството със система (например, известна на целия процес на измерване на параметрите на електролита на автомобилната батерия);
• твърди и течни вещества с помощта на формулата с добре известната базова маса и обем на данни.

Всички независими изчисления, разбира се, ще имат неточности, защото е трудно да се определи надеждно обемът, ако тялото има неправилна форма.

Грешки при измерване на плътността

• Грешката е систематична. Тя се появява постоянно или може да се промени в зависимост от определен закон в процеса на няколко измервания на същия параметър. Свързани с грешката на скалата на инструмента, ниска чувствителност на устройството или степента на точност на формулите за изчисление. Например, определяне на телесното тегло с помощта на множествено и пренебрегване на въздействието на силата на изхвърляне, данните се получават чрез приблизително.
• Грешки случайни. Причинени от съображения и има различен ефект върху точността на дефинираните данни. Промени в стайна температура, атмосферно налягане, вибрации на закрито, невидимо лъчение и въздушни колебания - всичко това се отразява в измервания. Напълно е невъзможно да се избегне такова влияние.

• Грешка при закръгляване. При получаване на междинни данни при изчисляването на формулите често числата имат множество значителни цифри след запетая. Необходимостта да се ограничи броят на тези признаци и предполага появата на грешка. Възможно е частично да се намали такава неточност, оставяйки в междинни изчисления по няколко поръчки на числа повече от крайния резултат изисква.
• Грешките за небрежност (пропуски) възникват поради погрешността на изчисленията, неправилността на включването на границите на измерване или устройството като цяло, на нечетността на контролните записи. Данните, получени по този начин, могат да се различават рязко от същите изчисления. Следователно те трябва да бъдат изтрити и да работят отново.

Измерване на истинската плътност

Като се има предвид плътността на строителния материал, е необходимо да се вземе предвид нейният истински показател. Това означава, когато структурата на веществото на обема не съдържа черупки, празнота и външни включвания. На практика няма абсолютна хомогенност, когато например бетон се излива във формата. За да се определи истинската сила, която директно зависи от плътността на материала, се извършват следните операции:

• Структурата се смила към състоянието на праха. На този етап се отървете от порите.
• Изсушени при температури над 100 градуса, остатъците от влага се отстраняват от пробата.
• Охлажда се до стайна температура и преминава през фино сито с размер на клетката от 0.20 x 0.20 mm, което дава на прах за хомогенност.
• Получената проба се претегля върху електронни тегла с висока точност. Обемът се изчислява в обема на метода на потапяне в течната структура и измерването на изместения флуид (пикнометричен анализ).

Изчислението се извършва по формулата:

където m е масата на пробата в R;

V е количеството обем в cm 3.

Често измерването на плътността в kg / m3 често е приложимо.

Средна плътност на материала

За да се определи как строителните материали се държат в реални работни условия под влиянието на влага, положителни и отрицателни температури, механични натоварвания, трябва да използвате средната плътност. Той характеризира физическото състояние на материалите.

Ако истинската плътност е постоянна стойност и зависи само от химическия състав и структурата на кристалната решетка на веществото, след това средната плътност се определя от порьозността на структурата. Това е съотношението на масата на материала в хомогенно състояние до обема на помещението, заето в природни условия.

Средната плътност дава въведение в инженера върху механичната якост, степента на абсорбция на влага, съотношението на топлопроводимост и други важни фактори, използвани при изграждането на елементи.

Концепцията за насипна плътност

Въведете за анализ на насипни строителни материали (пясък, чакъл, керамзит и др.). Индикаторът е важен за изчисляване на рентабилното използване на тези или други компоненти на строителната смес. Тя показва съотношението на масата на веществото към обема, който заема в състоянието на свободната структура.

Например, ако материалът на зърнестата форма и средната плътност на зърната е известен, е лесно да се определи параметърът за празнота. В производството на бетон е по-целесъобразно да се използва пълнителят (чакъл, натрошен камък, пясък), който има по-малка порьозност на сухото вещество, тъй като основният циментен материал ще продължи попълването му, което ще увеличи цената.

Показателите на плътността на някои материали

Ако вземете изчислените данни на някои таблици, след това в тях:

• Материалите, които съдържат калциеви оксиди, силиций и алуминий, варират от 2400 до 3100 kg на m 3.
• Дървени породи с основата на целулоза - 1550 kg на m 3.
• Органични вещества (въглерод, кислород, водород) - 800-1400 kg на m 3.
• Метали: стомана - 7850, алуминий - 2700, олово - 11300 кг на m 3.

Със съвременни технологии за изграждане на сгради индикаторът за плътност на материала е важен по отношение на силата на носещите структури. Всички функции за топлоизолация и влагозащитни изолация извършват материали с ниска плътност със затворената структура на порите.

Слагаме железни и алуминиеви цилиндри със същия обем върху теглата на скалите на същия обем. Равновесни тежести. Защо?

Нарушаването на равновесие означава, че масите на телата не са еднакви. Масата на железния цилиндър е по-голяма от масата на алуминия. Но обемите на цилиндрите са равни. Така че, единицата на обем (1 cm или 1 m 3) желязо има по-голяма маса от алуминий.

Нарича се масата на веществото, съдържаща се в единица за обема плътност на веществото.

За да намерите плътност, имаме нужда от маса на материята, за да се разделим на обема си. Плътността е посочена от гръцката буква ρ (RO). Тогава

плътност \u003d маса / обем,

ρ = м./В. .

Единица за измерване на плътността в C е 1 kg / m 3. Плътността на различните вещества се определя в опита и са представени в таблицата:

Как да разберем, че плътността на водата ρ \u003d 1000 kg / m 3? Отговорът на този въпрос следва от формулата. Водна тежест в обем В. \u003d 1 m 3 равни м. \u003d 1000 кг.

От масата на устойчивостта на плътността

м. = ρ В..

От двата тела с равен обем, тялото има тялото, чиято плътност на веществото е по-голяма.

Сравняване на плътността на желязото ρ F \u003d 7800 kg / m 3 и алуминий ρ al \u003d 2700 kg / m 3, ние разбираме защо в експеримента масата на железния цилиндър се оказа по-голяма от масата на алуминиевия цилиндър на същия обем.

Ако обемът на тялото се измерва в cm 3, удобно е да се използва стойността на плътността ρ, за да се определи телесното тегло, изразено в g / cm3.

Ние превеждаме, например, плътността на водата от kg / m 3 до g / cm 3:

ρ b \u003d 1000 kg / m 3 \u003d 1000 (frac (1000 ~ g) (1000000 ~ cm ^ (3)) \u003d 1 g / cm3.

Така числената стойност на плътността на всяко вещество, изразена в g / cm3, е 1000 пъти по-малка от числената стойност, изразена в kg / m3.

Формулата за плътност на веществото ρ \u003d м./В. Използва се за хомогенни тела, т.е. за тела, състоящи се от едно вещество. Това са органи, които нямат въздушни кухини или примеси, които не съдържат други вещества. Съгласно измерената плътност, чистотата на веществото се преценява. Не е добавил, например, в сливането на златото е някакъв евтин метал.

Като правило, веществото в твърдото състояние има плътност по-голяма, отколкото в течност. Изключение от това правило е лед и вода, състояща се от Н20 молекули. Плътност на лед ρ \u003d 900 kg 3, плътност на водата ρ \u003d 1000 kg 3. Плътността на леда е по-малка от плътността на водата, която показва по-малко гъста опаковка на молекули (т.е. дълги разстояния между тях) в твърдото състояние на веществото (лед), отколкото в течност (вода). В бъдеще ще се срещнете с други много интересни аномалии (аномалии) в свойствата на водата.

Средната плътност на земята е приблизително 5,5 g / cm 3. Това и други добре известни научни факти позволиха да се направят някои заключения за структурата на земята. Средната дебелина на земната кора е около 33 км. Земната кора се приготвя главно от почвата и скалата. Средната плътност на земната кора е 2.7 g / cm 3, а плътността на скалите, която се среща директно под земната кора, е 3.3 g / cm 3. Но и двете от тези стойности са по-малко от 5,5 g / cm 3, т.е. по-малко от средната плътност на земята. От това следва, че плътността на веществото, разположена в дълбините на земното кълбо, по-голямата плътност на Земята. Учените предполагат, че в центъра на земята плътността на веществото достига стойността от 11,5 g / cm 3, т.е. тя се приближава към плътността на оловото.

Средната плътност на тъканите на човешките тяло е 1036 kg / m 3, кръвна плътност (с t. \u003d 20 ° C) - 1050 kg / m 3.

Ниска плътност на дърво (2 пъти по-малко от задръствания) балза. От него създава салове, спасителни колани. Дървото расте на Куба ешиномен КолючеволамаяЧия дърво има плътност от 25 пъти по-малка от плътността на водата, т.е. ρ ≈ 0.04 g / cm 3. Много голяма плътност на дърветата змия дърва. Дърво потъва във вода като камък.

И накрая, легендата за архимедия.

Вече в живота на известния древен гръцки учен архимед, имаше легенди за това, причината, поради която са били обслужвани изобретенията му, поразителни съвременници. Една от легендите гласи, че Сиракуза на Герон II помоли мислителя да определи дали неговата корона или бижутер са направили значително количество сребро от чисто злато. Разбира се, короната в същото време трябваше да остане цялото. Определянето на масата на архимедиума не представлява. Беше много по-трудно да се измерва точността на короната, за да се изчисли плътността на метала, от която е хвърлена и да се определи дали е чист. Трудността беше, че тя имаше неправилна форма!

Някак си архимед, погълнати от мисли за короната, се къпеха, където дойде брилянтна идея. Обемът на короната може да бъде определен чрез измерване на количеството на разселената вода (вие сте запознати с този метод за измерване на обема на тялото на грешната форма). След като е определил обема на короната и масата, архимедите изчисляват плътността на веществото, от която бижутерът направи корона.

Тъй като легендата се казва, плътността на същността на короната е по-малка от плътността на чистото злато, а нечистото на ръката си бижутерът е бил ускорен при измама.

Дефиниция

Тежест - Това е скаларна физическа стойност, която характеризира инертните и гравитационни свойства на тел.

Всяко тяло "се противопостави", опитвайки се да го промени. Това свойство на тела се нарича инерция. Така че, например, водачът не може незабавно да спре колата, като видя внезапно скочи пешеходец пред него. По същата причина е трудно да се премести килер или диван. Със същото въздействие върху частта на околните тела едно тяло може бързо да промени скоростта си, а другият в същите условия е много по-бавен. Казва се, че второто тяло е по-инертно или има по-голяма маса.

Така мярката за инерция е нейната инертна маса. Ако две тела взаимодействат помежду си, скоростта на двете тела се променя в резултат на това, т.е. В процеса на взаимодействие и двете тела придобиват.

Съотношението на модулите за ускоряване на взаимодействащите тела е равно на обратното съотношение на техните маси:

Мярката на гравитационното взаимодействие е гравитационната маса.

Експериментално е установено, че инертните и гравитационните маси са пропорционални един към друг. Изборът на коефициент на пропорционалност, равен на един, показват равенството на инертните и гравитационните маси.

В системата S. единица за измерване на масата е kg.

Масата има следните свойства:

1. масата винаги е положителна;
2. масата на телата винаги е равна на сумата на масите на всяка от телата, които са в системата (собственост на добавността);
3. като част, масата не зависи от естеството и скоростта на движението на тялото (собственост на инвариантност);
4. масата на затворената система се запазва с взаимодействия на телата на системата помежду си (законът за запазване на масата).

Плътност на веществата

Плътността на тялото се нарича масата на обема:

Единица за измерване плътност в системата CG / m .

Различните вещества имат различна плътност. Плътността на веществото зависи от масата на атомите, от които се състои, и върху плътността на опаковката на атомите и молекулите в веществото. Колкото по-голяма е масата на атомите, толкова по-голяма е плътността на веществото. При различни съвкупни състояния, плътността на опаковките на атомите на веществата е различна. При твърди вещества, атомите са много плътно опаковани, следователно, твърдите вещества имат най-голяма плътност. В течно състояние, плътността на веществото е незначително различна от нейната плътност в твърдото състояние, тъй като плътността на опаковката на атомите е все още голяма. В газовете молекулата е слабо свързана един с друг и се отстранява един от друг на дълги разстояния, плътността на опаковката на атомите в газообразното състояние е много ниска, така че в това състояние веществото има най-малката плътност.

Въз основа на данните на астрономическите наблюдения се определя средната плътност на веществото във вселената, резултатите от изчисленията предполагат, че външното пространство е изключително разрешено. Ако "намажете" веществото през целия обем на нашата галактика, тогава средната плътност на материята в нея ще бъде равна на около 0.000,000,000,000,000,000 5 g / cm 3. Средната плътност на материята във Вселената е около шест атома на кубичен метър.

Примери за решаване на проблеми

Пример 1.

Пример 2.

Пример 3.

Всичко около нас се състои от различни вещества. Корабите и баните Изграждат дървесина, ютията и мидачките са изработени от желязо, гуми на колела и слоеве на моливи - от гума. И различни елементи имат различно тегло - някой от нас без проблеми ще донесе сочен зрял пъпеш от пазара и над Гири със същия размер ще трябва да се поти.

Всеки си спомня известната шега: "Какво е по-тежко? Килограм нокти или килограм пух? ". Ние вече няма да се качваме на този детски трик, знаем, че теглото и другото ще бъде същото, но обемът ще се различава значително. Защо тогава това се случва? Защо различни тела и вещества имат различно тегло със същия размер? Или обратно, същото тегло с различен размер? Очевидно е, че има някаква характеристика, в резултат на което веществата са толкова различни един от друг. Във физиката тази характеристика се нарича плътност на веществото и се държи в седмия клас.

Плътност на веществото: определение и формула

Определяне на плътността на веществото Следното: плътността показва какво е равно на масата на веществото в единица обем, например в един кубичен метър. Така че плътността на водата е 1000 kg / m3, а ледът е 900 kg / m3, поради което ледът е по-лесен и се намира на върха през зимата на резервоарите. Това е, което показва плътността на веществото в този случай? Плътността на леда, равна на 900 kg / m3, означава, че лед кубът със страни от 1 метър тежи 900 kg. Формула за определяне на плътността на веществото е следната: плътност \u003d маса / обем. Стойностите, включени в този израз, се споменават: маса - m, обемът на тялото е, и плътността се обозначава с буквата ρ (гръцки долар "RO"). И формулата може да бъде написана, както следва:

Как да намерим плътност на веществото

Как да намерим или изчислим плътността на всяко вещество? За да направите това, трябва да знаете обема на тялото и телесното тегло. Това е, ние измерваме веществото, което претегляме, а след това получените данни просто заменят във формулата и намират необходимата стойност. И това, което се измерва чрез плътността на веществото, е ясно от формулата. Измерва се в килограми на метър кубичен. Понякога използвате друга стойност като грама на сантиметър куб. Преизчислете една стойност в друга много проста. 1 g \u003d 0.001 kg, и 1 cm3 \u003d 0.000001 m3. Съответно, 1 g / (cm) ^ 3 \u003d 1000кг / m ^ 3. Трябва също да се помни, че плътността на веществото е различна в различните съвкупни държави. Това е в твърда, течна или газообразна. Плътността на твърдите вещества, най-често над плътността на течностите и е много по-висока от плътността на газовете. Може би много полезно изключение за нас е водата, която, както вече сме обмислили, тежат по-малко в твърдо състояние, отколкото в течност. В резултат на тази странна характеристика на водата на земята, животът е възможен. Животът на нашата планета, както знаете, се случи от океаните. И ако водата се държеше като всички други вещества, тогава водата в моретата и океаните щеше да се замръзне, ледът, по-тежък от водата, щеше да падне на дъното и щеше да лежеше там, а не тай. И само в екватора в малката дебелина на водата ще има живот под формата на няколко вида бактерии. Така че можете да кажете благодаря за водата за съществуването.

Плътност - физическото количество, характеризираща физичните свойства на веществото, което е равно на съотношението на телесната маса до обема, зает от този орган.

Плътността (плътността на хомогенна организация или средната плътност на хетерогенна) може да бъде изчислена по формулата:

[ρ] \u003d kg / m³; [m] \u003d kg; [V] \u003d m³.

където м. - телесна маса, В. - обем; Формулата е просто математически запис на дефиницията на термина "плътност".

Всички вещества се състоят от молекули, поради което масата на цялото тяло се състои от молекулите. Това е точно като масата на пакета с бонбони гънки от масите на всички бонбони в опаковката. Ако всички бонбони са еднакви, тогава масата на пакета с бонбони може да се определи чрез умножаване на масата на един бонбон върху броя бонбони в опаковката.

Молекулите от чисто вещество са еднакви. Следователно, масата на капки вода е равна на продукта на масата на една водна молекула чрез броя на молекулите в капка.

Плътността на веществото показва какво е равно на масата от 1 m³ от това вещество.

Плътността на водата е 1000 kg / m³, това означава, че масата от 1 m³ вода е 1000 kg. Този брой може да бъде получен чрез умножаване на масата на една водна молекула чрез броя на молекулите, съдържащи се в 1 m³ от неговия обем.
Плътността на леда е 900 kg / m³, което означава, че масата от 1 m³ лед е 900 kg.
Понякога използвайте единица за измерване на плътност g / cm³, така че все още можете да кажете това Маса 1CM³ лед е 0.9 g.

Всяко вещество заема някакъв обем. И може да се окаже това две тела са равнии техните маси са различни. В този случай те казват, че плътността на тези вещества са различни.

Също с равенството на масата на две тела Техните обеми ще бъдат различни. Например, леденият обем е почти 9 пъти повече от железен пръст.

Плътността на веществото зависи от температурата му.

С нарастващата температура плътността обикновено се намалява. Това се дължи на топлинната експанзия, когато обемът се увеличава с постоянна маса.

С намаляване на температурата плътността се увеличава. Въпреки че съществуват вещества, чиято плътност в определен температурен диапазон се държи по различен начин. Например, вода, бронз, чугун. По този начин, плътността на водата има максималната стойност при 4 ° С и намалява както с увеличаване, така и с намаляване на температурата по отношение на тази стойност.

Когато съвкупното състояние се промени, плътността на веществото варира скокове като: плътността нараства по време на прехода от газообразното състояние в течност и когато течността се втвърдява. Водата, силиций, бисмут и някои други вещества са изключения от това правило, тъй като тяхната плътност по време на втвърдяване намалява.

Решаване на задачи

Номер 1.
Правоъгълна метална плоча е с дължина 5 cm, широка 3 cm и дебелина 5 mm има маса от 85 g. От какъв материал може да се възпроизведе?

Анализ на физическия проблем. За да отговори на въпроса, е необходимо да се определи плътността на веществото, от която е направена плочата. След това, използвайки таблицата с плътност, определете кое вещество съответства на стойността на плътността. Тази задача може да бъде решена в тези единици (т.е. без превод на Si).

Номер 2.
Медната топка с обем от 200 cm 3 има маса от 1,6 кг. Определете, една част от тази топка или празна. Ако топката е празна, след това определете обема на кухината.

Анализ на физическия проблем. Ако медният обем е по-малък от обема на топката V мед

Номер 3.
Контейнер, който побира 20 кг вода, пълна с бензин. Определят масата на бензина в контейнера.

Анализ на физическия проблем. За да се определи масата на бензина в контейнера, трябва да намерим плътността на бензина и резервоара на контейнера, който е равен на обема на водата. Обемът на водата се определя от неговата маса и плътност. В таблицата ще бъдат намерени плътност на водата и бензин. Задачата е по-добра за решаване на звена на SI.

Номер 4.
От 800 cm 3 калай и 100 cm 3 олово произведена сплав. Каква е неговата плътност? Какво е съотношението на маси от калай и води в сплавта?