Kako je gustoća u fizici. Kako se mjeri gustoća materijala? Gustoća raznih materijala

U mnogim industrijskim industrijskim sektorima, kao iu izgradnji i poljoprivredi, koristi se koncept "gustoće materijala". To je izračunata vrijednost koja je omjer mase tvari na volumen koji ga zauzima. Znajući takav parametar, na primjer, na betonu, graditelji mogu izračunati potrebnu količinu kada punjenje iz različitih armiranobetonskih konstrukcija: građevni blokovi, preklapanja, monolitne zidove, stupove, zaštitni sarkofag, bazene, pristupnike i druge predmete.

Kako definirati gustoću

Važno je napomenuti da, određivanje gustoće građevinskog materijala, možete koristiti posebne referentne tablice, gdje se ta količine daju za različite tvari. Također razvijene metode i algoritmi za izračunavanje, koji omogućuju dobivanje takvih podataka u praksi, ako ne postoji pristup referentnim materijalima.

Gustoća se određuje:

• tekuće tijela pomoću uređaja sa sustavom (na primjer, poznat svim procesu mjerenja parametara elektrolita automobilske baterije);
• Čvrste i tekuće tvari uz pomoć formule s dobro poznatom osnovnom masom i volumenom.

Svi neovisni izračuni, naravno, imat će netočnosti, jer je teško pouzdano odrediti volumen ako tijelo ima nepravilan oblik.

Pogreške u mjerenjima gustoća

• Pogreška je sustavna. Stalno se pojavljuje ili se može promijeniti u skladu s određenim zakonom u procesu nekoliko mjerenja istog parametra. Povezano s pogreškom skale instrumenta, nisku osjetljivost uređaja ili stupanj točnosti formula za izračun. Na primjer, određivanje tjelesne težine uz pomoć više i ignorirajući utjecaj sile izbacivanja, podaci se dobivaju približnom.
• Pogreška slučajno. Uzrokovane sljedećim razlozima i ima drugačiji utjecaj na točnost definiranih podataka. Promjene u sobnoj temperaturi, atmosferskom tlaku, vibracijama u zatvorenom prostoru, nevidljivom zračenju i fluktuacijama zraka - sve se to odražava u mjerenjima. Potpuno je nemoguće izbjeći takav utjecaj.

• Pogreška u zaokruživanju vrijednosti. Po primitku srednjih podataka u izračun formula, često brojevi imaju mnoštvo značajnih znamenki nakon zareze. Potreba za ograničenje broja tih znakova i podrazumijeva pojavu pogreške. Moguće je djelomično smanjiti takvu netočnost, ostavljajući u međuproizvodama nekoliko narudžbi brojeva više od konačnog rezultata.
• Pogreške nemara (propuštanja) nastaju zbog pogrešne izračune, netočnosti uključivanja granica mjerenja ili uređaja u cjelini, nesigurnosti kontrolnih zapisa. Podaci dobiveni na ovaj način mogu se oštro razlikovati od istih izračuna. Stoga bi trebali biti izbrisani i ponovno rade.

Mjerenje prave gustoće

S obzirom na gustoću građevnog materijala, potrebno je uzeti u obzir njegov pravi pokazatelj. To jest, kada struktura tvari jedinice volumena ne sadrži školjke, prazninu i aktualne inkluzije. U praksi ne postoji apsolutna homogenost kada se, na primjer, beton izlije u oblik. Da bi se utvrdila stvarna snaga, koja izravno ovisi o gustoći materijala, provode se sljedeće operacije:

• Struktura se bruše u stanje praška. U ovoj fazi, riješite se pore.
• Osuši se na temperaturama iznad 100 stupnjeva, ostaci vlage se uklanjaju iz uzorka.
• Ohladite na sobnu temperaturu i prolazili kroz fino sito s veličinom stanice od 0,20 x 0,20 mm, dajući homogenety prah.
• Dobiveni uzorak teži se na elektronskim težinama visoke točnosti. Volumen se izračunava u volumenu metode uranjanja u tekućinu i mjerenje raseljene tekućine (piknometrijska analiza).

Izračun se provodi formulom:

gdje je m masa uzorka u r;

V je količina volumena u cm3.

Često se mjerenje gustoće u kg / m3 često primjenjuje.

Prosječna gustoća materijala

Da biste utvrdili kako se građevinski materijali ponašaju u stvarnim uvjetima rada pod utjecajem vlage, pozitivnih i negativnih temperatura, mehaničkih opterećenja, morate koristiti prosječnu gustoću. Karakterizira fizičko stanje materijala.

Ako je prava gustoća konstantna vrijednost i ovisi samo o kemijskom sastavu i strukturi kristalne rešetke tvari, tada se prosječna gustoća određuje poroznošću strukture. To je omjer mase materijala u homogenom stanju do volumena prostora zauzete u prirodnim uvjetima.

Prosječna gustoća daje uvod u inženjer na mehaničku čvrstoću, stupanj apsorpcije vlage, omjer toplinske vodljivosti i drugih važnih čimbenika koji se koriste u konstrukciji elemenata.

Koncept gustoće rasutih

Unesite za analizu građevinskog materijala za skupljanje (pijesak, šljunak, keramit, itd.). Indikator je važan za izračunavanje isplativo korištenje onih ili drugih komponenti građevne smjese. Pokazuje omjer mase tvari na volumen koji zauzima u stanju labave strukture.

Na primjer, ako je poznat materijal zrnatog oblika i prosječne gustoće žita, lako je odrediti parametar praznine. U proizvodnji betona, to je prikladnije koristiti punilo (šljunak, drobljeni kamen, pijesak), koji ima manju poroznost suhe tvari, budući da će osnovni materijal cementa ići na njegovo punjenje, što će povećati troškove.

Pokazatelji gustoće nekih materijala

Ako poduzmete izračunate podatke nekih tablica, onda u njima:

• Materijali, koji sadrže kalcijeve okside, silicij i aluminij, varira od 2400 do 3100 kg po m 3.
• Drvo se uzgajaju s bazom celuloze - 1550 kg po m 3.
• Organski (ugljik, kisik, vodik) - 800-1400 kg po m3.
• Metali: Čelik - 7850, aluminij - 2700, olovo - 11300 kg po m 3.

Uz moderne tehnologije za građevinske zgrade, indikator gustoće materijala je važan u smislu snage nosivih struktura. Sve funkcije toplinske izolacije i izolacije vlage obavljaju materijale niske gustoće s zatvorenom strukturom pora.

Stavili smo željezne i aluminijske cilindre istog volumena na težine vaga istog volumena. Utezi ravnoteže slomljene. Zašto?

Povreda ravnoteže znači da mase tijela nisu iste. Masa željeznog cilindra veća je od mase aluminija. No, količine cilindara su jednaki. Dakle, jedinica volumena (1 cm3 ili 1 m 3) željeza ima veću masu od aluminija.

Masa tvari koja se nalazi u jedinici volumena naziva se gustoća tvari.

Da bi pronašla gustoću, trebamo masu materije podijeliti na njegovom volumenu. Gustoća označava grčko pismo ρ (Ro). Zatim

gustoća \u003d masa / volumen,

ρ = m./Vlan .

Mjerenje jedinice gustoće u C je 1 kg / m 3, Gustoća raznih tvari definirana je na iskustvu i prikazane su u tablici:

Kako shvatiti da gustoća vode ρ \u003d 1000 kg / m3? Odgovor na ovo pitanje slijedi iz formule. Vodena masa u volumenu Vlan \u003d 1 m 3 jednak m. \u003d 1000 kg.

Iz mase formule gustoće tvari

m. = ρ Vlan.

Od dvaju tijela jednakog volumena, tijelo ima tijelo čija je gustoća tvari veća.

Uspoređujući gustoću željeza ρ f \u003d 7800 kg / m 3 i aluminij ρ \u003d 2700 kg / m 3, razumijemo zašto se u eksperimentu pokazala masa željeznog cilindra veća od mase aluminijskog cilindra isti volumen.

Ako se glasnoća tijela mjeri u cm3, prikladno je koristiti vrijednost gustoće ρ za određivanje tjelesne težine, izražena u g / cm3.

Mi prevodimo, na primjer, gustoću vode iz kg / m3 do g / cm 3:

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

Dakle, brojčana vrijednost gustoće bilo koje tvari, izražena u g / cm3, je 1000 puta manja od njegove numeričke vrijednosti izražene u kg / m3.

Formula gustoće tvari ρ \u003d m./Vlan Koristi se za homogena tijela, tj. Za tijela koja se sastoje od jedne tvari. To su tijela koja nemaju zračne šupljine ili nečistoće koje ne sadrže druge tvari. Prema mjerenoj gustoći, čistoća tvari se procjenjuje. Nije dodao, na primjer, u ingotu zlata je neki jeftini metal.

U pravilu, tvar u krutom stanju ima gustoću veću od tekućine. Iznimka od ovog pravila je led i voda koja se sastoji od h2o molekula. Gustoća ledenosti ρ \u003d \u200b\u200b900 kg 3, gustoća vode ρ \u003d 1000 kg 3. Gustoća leda je manja od gustoće vode, što ukazuje na manje guste pakiranje molekula (tj. Duge udaljenosti između njih) u čvrstom stanju tvari (led) nego u tekućini (voda). U budućnosti ćete se susresti s drugima vrlo zanimljivim anomalijama (abnormalnosti) u svojstvima vode.

Prosječna gustoća zemljišta je približno 5,5 g / cm3. Ova i druga poznata znanstvena činjenica omogućilo je da donese neke zaključke o strukturi Zemlje. Prosječna debljina Zemljine kore je oko 33 km. Zemljina kora priprema se uglavnom iz tla i stijene. Prosječna gustoća Zemljine kore je 2,7 g / cm3, a gustoća stijena koja se javlja izravno ispod Zemljine kora je 3,3 g / cm3. Ali obje ove vrijednosti su manje od 5,5 g / cm3, tj. Manje od prosječne gustoće Zemlje. Slijedi da gustoća tvari koja se nalazi u dubinama svijeta, veće gustoće Zemlje. Znanstvenici sugeriraju da u središtu Zemlje gustoća tvari dosegne vrijednost od 11,5 g / cm3, tj. Približava se gustoći olova.

Prosječna gustoća tkiva ljudskog tijela je 1036 kg / m3, gustoća krvi (kada t. \u003d 20 ° C) - 1050 kg / m 3.

Niska gustoća drva (2 puta manje od prometnih gužvi) balza, Od toga napraviti splave, rescue pojaseva. Stablo raste na Kubi espinomen kolychevolamayaČije drvo ima gustoću od 25 puta manje od gustoće vode, tj. ρ ≈ 0,04 g / cm3. Vrlo velika gustoća drva zmija, Stablo tone u vodi poput kamena.

Konačno, legenda o arhimedu.

Već u životu poznatih drevnih grčkih arhimedova, bilo je legendi o tome, razlog za koji su njegovi izumi bili posluženi, upečatljivi suvremenici. Jedna od legendi navodi da je Syrakus of Geron II zamolio da mislilac da utvrdi je li njegova kruna ili zlatar napravio značajnu količinu srebra iz čistog zlata. Naravno, kruna je u isto vrijeme trebala ostati cjelina. Odredite masu krunskog arhemimedija nije predstavljala. Bilo je mnogo teže točno mjeriti volumen krune za izračunavanje metalne gustoće od kojih je bačen i odrediti je li čist. Teškoća je bila da je imala netočan oblik!

Nekako arhimede, apsorbiraju misli o kruni, okupali su se, gdje je pala briljantna ideja. Volumen krune može se odrediti mjerenjem količine raseljenih voda (upoznati ste s ovom metodom mjerenja volumena tijela pogrešnog oblika). Nakon što je odredio volumen krune i njegove mase, arhimedi su izračunali gustoću tvari iz koje je zlatar napravio krunu.

Kao što je legenda kaže, gustoća supstance krune bila je manja od gustoće čistog zlata, a nečist je na ruci je draguljao ubrzao u obmanu.

Definicija

Težina - Ovo je skalarna fizička vrijednost koja karakterizira inertne i gravitacijska svojstva tel.

Bilo koje tijelo "odustaje" pokušaj da ga promijeni. Ovo svojstvo tijela naziva se inercija. Dakle, na primjer, vozač ne može odmah zaustaviti automobil, što je vidio iznenada skočio pješaka ispred sebe. Iz istog razloga teško je premjestiti ormar ili kauč. Uz isti utjecaj na dio okolnih tijela, jedno tijelo može brzo promijeniti svoju brzinu, a drugi u istim uvjetima je mnogo sporiji. Kaže se da je drugo tijelo više inertni ili ima veću masu.

Dakle, mjera inertnosti je njegova inertna masa. Ako dva tijela međusobno djeluju, brzina oba tijela mijenja se kao rezultat, tj. U procesu interakcije, oba tijela stječu.

Omjer ubrzanja modula interakcijskih tijela jednak je obrnutom omjeru njihovih masa:

Mjera gravitacijske interakcije je gravitacijska masa.

Eksperimentalno se utvrđuje da su inertne i gravitacijske mase proporcionalne jedni drugima. Odabir koeficijenta proporcionalnosti jednak jednom, ukazuje na jednakost inertnih i gravitacijskih masa.

U sustavu S. jedinica mjerenja mase je kg.

Masa ima sljedeća svojstva:

1. masa je uvijek pozitivna;
2. masa tijela je uvijek jednaka zbroju mase svake od tijela u sustavu (imovini aditivnosti);
3. kao dio, masa ne ovisi o prirodi i brzini kretanja tijela (vlasništvo invarijanta);
4. masa zatvorenog sustava sačuvana je s bilo kakvim interakcijama tijela sustava jedni s drugima (zakon o očuvanju mase).

Gustoća tvari

Gustoća tijela naziva se masa volumena:

jedinica mjere gustoća u sustavu cg / m .

Različite tvari imaju različitu gustoću. Gustoća tvari ovisi o masi atoma, od kojih se sastoji i na gustoći pakiranja atoma i molekula u tvari. Što je veća masa atoma, to je veća gustoća tvari. U različitim agregatnim državama, gustoća pakiranja atoma tvari je različita. U krutim tvarima, atomi su vrlo čvrsto upakirani, dakle, čvrste tvari imaju najveću gustoću. U tekućem stanju gustoća tvari neznatno se razlikuje od njegove gustoće u krutom stanju, budući da je gustoća pakiranja atoma još uvijek velika. U plinovima je molekula slabo povezana jedni s drugima i uklonjena jedni od drugih na dugim udaljenosti, gustoća pakiranja atoma u plinovitom stanju je vrlo niska, tako da u ovom stanju tvar ima najmanju gustoću.

Na temelju podataka o astronomskim opažanjima utvrđena je prosječna gustoća tvari u svemiru, rezultati izračuna sugeriraju da je vanjski prostor iznimno riješen. Ako "razmazuje" tvar u cijelom volumenu naše galaksije, onda će prosječna gustoća materije biti jednaka oko 0,000,000,000,000,000,000 5 g / cm3. Prosječna gustoća materije u svemiru je približno šest atoma na kubičnom metru.

Primjeri rješavanja problema

Primjer 1.

Primjer 2.

Primjer 3.

Sve oko nas sastoji se od različitih tvari. Brodovi i kupke grade iz drva, glačala i školjke izrađeni su od željeza, guma na kotačima i slojevima na olovke - od gume. I različite stavke imaju različitu težinu - bilo tko od nas bez problema donio će sočnu zrelu dinje s tržišta, a preko žirija iste veličine morat će se znojiti.

Svatko pamti slavnu šalu: "Što je teže? Kilogram noktiju ili kilogramom dlake? ". Više nećemo dobiti na tom dječjem triku, znamo da će težina, a drugi biti isti, ali se količina će se značajno razlikovati. Pa zašto se to dogodi? Zašto različita tijela i tvari imaju različitu težinu s iste veličine? Ili obrnuto, istu težinu s različitim veličinom? Očito, postoji neka karakteristika, kao posljedica toga tvari su toliko različite jedan od drugoga. U fizici, ta se karakteristika naziva gustoća tvari i održava se u sedmom razredu.

Gustoća tvari: definicija i formula

Određivanje gustoće tvari Sljedeće: Gustoća pokazuje što je jednako masi tvari u jedinici volumena, na primjer, u jednom kubičnom metru. Dakle, gustoća vode je 1000 kg / m3, a led je 900 kg / m3, zbog čega je led lakši i nalazi se na vrhu zimi na rezervoarima. To jest, što pokazuje gustoću tvari u ovom slučaju? Gustoća leda jednaka je 900 kg / m3, znači da led kocka sa strane od 1 metra teži 900 kg. Formula za određivanje gustoće tvari je kako slijedi: Gustoća \u003d masa / volumen. Vrijednosti uključene u ovaj izraz se naziva: masovno - m, volumen tijela je, a gustoća je označena slovom ρ (grčki Buck "ro"). I formula se može napisati kako slijedi:

Kako pronaći gustoću tvari

Kako pronaći ili izračunati gustoću bilo koje tvari? Da biste to učinili, morate znati volumen tijela i tjelesne težine. To jest, mjerivamo tvar koju vagamo, a zatim dobiveni podaci jednostavno zamjenjuju u formuli i pronađite vrijednost koju trebate. I ono što se mjeri gustoćom tvari je jasno iz formule. Mjeri se u kilogramima po metalnom kubiku. Ponekad koristite drugu vrijednost kao grama po centimetru kubičnih. Ponovno izračunati jednu vrijednost na drugi vrlo jednostavan. 1 g \u003d 0,001 kg i 1 cm3 \u003d 0,000001 m3. Prema tome, 1 g / (cm) ^ 3 \u003d 1000kg / m ^ 3. Također treba pamtiti da je gustoća tvari različita u različitim agregatnim stanjima. To jest, u krutoj, tekući ili plinoviti. Gustoća krutina, najčešće, iznad gustoće tekućine i mnogo je viša od gustoće plinova. Možda je vrlo korisna iznimka za nas voda, koja, kao što smo već razmotrili, teži manje u čvrstom stanju nego u tekućini. Kao rezultat ove čudne značajke vode na zemlji, život je moguć. Život na našem planetu, kao što znate, dogodilo se iz oceana. A ako se voda ponaša, kao i sve ostale tvari, onda bi se voda u morima i oceanima zamrznula, led, bio teži od vode, pao bi na dno i ležao tamo, a ne Tai. I samo na ekvatoru u maloj debljini vode održat će se život u obliku nekoliko vrsta bakterija. Tako možete reći hvala za vodu za postojeće.

Gustoća - Fizička količina karakterizira fizikalna svojstva tvari koja je jednaka omjeru tjelesne mase na volumen koji zauzima ovo tijelo.

Gustoća (gustoća homogenog tijela ili prosječna gustoća heterogenog) može se izračunati pomoću formule:

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

gdje m. - tjelesna masa, Vlan - njegov volumen; Formula je jednostavno matematička evidencija definicije pojma "gustoća".

Sve tvari se sastoje od molekula, stoga se masa svih tijela sastoji od njegovih molekula. To je kao masa paketa s slatkišima s masama svih slatkiša u paketu. Ako su svi slatkiši isti, tada masa paketa sa slatkišima može se odrediti množenjem mase jednog slatkiša na broju slatkiša u paketu.

Molekule čiste tvari su iste. Stoga je masa kapi vode jednaka proizvodu mase jedne molekule vode po broju molekula u kapi.

Gustoća tvari pokazuje ono što je jednako masi od 1 m³ ove tvari.

Gustoća vode je 1000 kg / m³, to znači da je masa od 1 m³ vode 1000 kg. Taj se broj može dobiti množenjem mase jedne molekule vode po broju molekula sadržanih u 1 m³ volumena.
Gustoća leda je 900 kg / m³, što znači da je masa od 1 m³ leda 900 kg.
Ponekad koristite jedinicu za mjerenje gustoće g / cm³, tako da još uvijek možete reći Mase 1cm³ led je 0,9 g.

Svaka tvar zauzima neki volumen. I može to pokazati dva tijela su jednakai njihove mise su različite. U tom slučaju, kažu da su gustoće tih tvari različite.

Također s jednakošću mase dvaju tijela Njihovi će količine biti različiti. Na primjer, volumen leda je gotovo 9 puta više od željezne trake.

Gustoća tvari ovisi o njegovoj temperaturi.

Uz sve veću temperaturu, gustoća se obično smanjuje. To je zbog toplinske ekspanzije kada se volumen poveća s konstantnom masom.

S smanjenjem temperature, gustoća se povećava. Iako postoje tvari čija se gustoća u određenom temperaturnom rasponu ponaša drugačije. Na primjer, voda, bronca, lijevanog željeza. Dakle, gustoća vode ima maksimalnu vrijednost na 4 ° C i smanjuje se i povećanjem i smanjenjem temperature u odnosu na ovu vrijednost.

Kada se agregatna stanja promijeni, gustoća tvari razlikuje skokove poput: gustoća raste tijekom prijelaza iz plinovitog stanja u tekućinu i kada se tekućina skrutne. Voda, silicij, bizmut i neke druge tvari su iznimke od ovog pravila, jer se njihova gustoća tijekom skrućivanja smanjuje.

Rješavanje zadataka

Broj zadatka 1.
Pravokutna metalna ploča duga je 5 cm, široka 3 cm, a debljina od 5 mm ima masu od 85 g. Iz kojeg se materijala može reproducirati?

Analiza fizičkog problema. Da biste odgovorili na pitanje, potrebno je odrediti gustoću tvari iz koje je napravljen ploča. Zatim, koristeći tablicu gustoće, odredite koja tvar odgovara vrijednosti gustoće. Taj se zadatak može riješiti u tim jedinicama (tj. Bez prijevoda na SI).

Zadatak broj 2.
Bakrena kugla s volumenom od 200 cm3 ima masu od 1,6 kg. Odrediti, jednu pošiju ovu loptu ili prazno. Ako je lopta prazna, odredite volumen šupljine.

Analiza fizičkog problema. Ako je volumen bakrene manji od volumena lopte protiv meda

Zadatak broj 3.
Spremnik, koji može smjestiti 20 kg vode, ispunjen benzinom. Odrediti masu benzina u spremniku.

Analiza fizičkog problema. Da bismo odredili masu benzina u spremniku, moramo pronaći gustoću benzina i spremnik spremnika, koji je jednak volumenu vode. Volumen vode određuje se masom i gustoćom. Gustoća vode i benzin nalaze se u tablici. Zadatak je bolji riješiti u jedinicama SI.

Zadatak broj 4.
Od 800 cm3 kositra i 100 cm 3 proizvedena legura. Koja je njegova gustoća? Koji je omjer mase kositra i olovo u leguri?