Fizikai mennyiség "sűrűség". Hogyan találjuk meg a sűrűséget kísérletileg és elméletileg?

Nézzük meg a cikkben, Hogyan találjuk meg a sűrűséget, és mi ez. Számos szerkezet és jármű tervezésekor számos olyan fizikai jellemzőt kell figyelembe venni, amelyeket egy adott anyagnak rendelkeznie kell. Az egyik a sűrűség.

Súly és térfogat

Megfejtjük a két fizikai mennyiség jelentését, amelyek közvetlenül kapcsolódnak hozzá-ez a tömeg és a térfogat. Mielőtt válaszolnánk a kérdésre, hogyan lehet megtalálni a sűrűséget.

A tömeg olyan jellemző, amely leírja a testek inerciális tulajdonságait, valamint azok képességét, hogy gravitációs vonzerőt mutassanak egymáshoz. A tömeget kilogrammban mérik az SI rendszerben.

A tehetetlenségi és gravitációs tömegek fogalmát először Isaac Newton vezette be a fizikába, amikor megfogalmazta a mechanika és az egyetemes gravitáció törvényeit.

A térfogat a test kizárólag geometriai jellemzője, amely mennyiségileg tükrözi az általa elfoglalt tér egy részét. A térfogatot köbös egységekben mérjük, például SI-ben méter egy kockában.

Ismert alakú testek (párhuzamos cső, golyó, piramis) esetében ez az érték speciális képletekkel határozható meg, szabálytalan geometriai alakú tárgyak esetén a térfogatot folyadékba merítve határozzuk meg.

Fizikai mennyiség sűrűség

Most közvetlenül a kérdésre válaszolhat, hogyan lehet megtalálni a sűrűséget. Ezt a jellemzőt a testtömegnek az általa elfoglalt térfogathoz viszonyított aránya határozza meg, amelyet matematikailag a következőképpen írnak:

6 = m / V.

Ez az egyenlőség a P (kg) nagyságának mértékegységeit mutatja/^m3). Így a sűrűség, a tömeg és a térfogat egyetlen egyenlőséggel van összekötve, és a p értéke bármely anyag esetében a tömeg térfogatkoncentrációját mutatja.

Adjunk egy egyszerű példát: ha ugyanolyan méretű műanyag és vasgolyókat veszel a kezedben, akkor a másodiknak sokkal nagyobb súlya lesz, mint az elsőnek. Ez a tény a vas nagy sűrűségének köszönhető, mint a műanyagé.

A természetben a sűrűség arányának egyik fő megnyilvánulása a testek felhajtóereje lesz. Ha egy test kisebb sűrűségű, mint egy folyadék, akkor soha nem fog belefulladni.

Az anyagok sűrűsége

Amikor bizonyos anyagok sűrűségéről van szó, szilárd anyagokat jelentenek. A gázok és folyadékok is bizonyos sűrűséggel rendelkeznek, de itt nem beszélünk róluk.

A szilárd anyagok kristályos vagy amorf szerkezetűek lehetnek. A p értéke függ az anyagok szerkezetétől, az atomközi távolságoktól, valamint az atom-és molekulatömegtől. Például minden fém kristály, az üveg vagy a fa amorf szerkezetű. Az alábbiakban egy táblázat található a különböző fafajták sűrűségéről.

Felhívjuk figyelmét, hogy ebben az esetben az átlagos sűrűséget adjuk meg. Valós körülmények között minden fa egyedi tulajdonságokkal rendelkezik, beleértve az üregeket, a pórusokat és a nedvesség bizonyos százalékának jelenlétét a fában.

Az alábbiakban egy másik táblázat található. Benne , a szobahőmérsékleten lévő összes tiszta kémiai elem sűrűségét g / cm-ben adjuk meg3.

A táblázatból látható, hogy minden elem sűrűsége nagyobb, mint a vízé. Az egyetlen kivétel Három fém - lítium, kálium és nátrium, amelyek nem süllyednek, hanem lebegnek a víz felszínén.

Hogyan mérik a sűrűséget kísérletileg?

Valójában két módszer létezik a vizsgált jellemző meghatározására. Az első az, hogy közvetlenül mérje meg a testet és mérje meg annak lineáris méreteit.

Ha a test geometriai alakja összetett, akkor az úgynevezett hidrosztatikus módszert alkalmazzák.

Lényege a következő: először a testet a levegőben mérik. Tegyük fel, hogy a kapott tömeg P₁. Ezt követően a testet egy ismert p sűrűségű folyadékban mérjük_l. Hagyja, hogy a test súlya a folyadékban legyen₂. Ezután a vizsgált anyag P sűrűségértéke a következő lesz:

p = p_l* P₁/ (P₁-P₂).

Minden hallgató önállóan kaphatja meg ezt a képletet, ha figyelembe veszi Archimedes törvényét a leírt esetre.

Történelmileg úgy gondolják, hogy Archimedes görög filozófus először használta a hidrosztatikus mérést az Aranykorona hamisításának meghatározására. Az első hidrosztatikus mérlegeket Galileo Galilei találta ki a XVI. század végén. Jelenleg az elektronikus piknométereket és sűrűségmérőket széles körben használják a folyadékok, szilárd anyagok és gázok p nagyságának kísérleti meghatározására.

A sűrűség elméleti meghatározása

A fentiekben megvizsgáltuk a sűrűség kísérleti megtalálásának kérdését. Ennek ellenére elméletileg meg lehet találni egy ismeretlen anyag ezen részét. Ehhez ismerni kell a kristályrács típusát, ennek a rácsnak a paramétereit, valamint az azt alkotó atomok tömegét. Mivel minden elemi kristályrácsnak van egy bizonyos geometriai alakja, nem nehéz megtalálni a térfogatának meghatározására szolgáló képletet.

Ha egy kristályos anyag több kémiai elemből, például fémötvözetből áll, akkor átlagos sűrűségét a következő egyszerű képlettel lehet meghatározni:

o = 6 m_i/ ons(m)_i/ p_i).

Ahol m_i, p_i - az i-edik komponens tömege, illetve sűrűsége.

Ha az anyag amorf szerkezetű, akkor elméletileg nem lehet pontosan meghatározni sűrűségét, de kísérleti technikákat kell alkalmazni.