Fyzikálna veličina "hustota". Ako nájsť hustotu experimentálne a teoreticky?

Pozrime sa v článku, Ako nájsť hustotu a čo to je. Pri navrhovaní mnohých konštrukcií a vozidiel sa berie do úvahy množstvo fyzikálnych vlastností, ktoré musí mať konkrétny materiál. Jednou z nich je hustota.

Hmotnosť a objem

Rozlúštime význam dvoch fyzikálnych veličín, ktoré s tým priamo súvisia - to je hmotnosť a objem. Než odpovieme na otázku, Ako nájsť hustotu.

Hmotnosť je charakteristika, ktorá popisuje zotrvačné vlastnosti telies a ich schopnosť navzájom prejavovať gravitačnú príťažlivosť. Hmotnosť sa meria v kilogramoch v systéme SI.

Koncepty zotrvačných a gravitačných hmôt prvýkrát predstavil do fyziky Isaac Newton pri formulovaní zákonov mechaniky a univerzálnej gravitácie.

Objem je výlučne geometrická charakteristika telesa, ktorá kvantitatívne odráža časť priestoru, ktorý zaberá. Objem sa meria v kubických jednotkách dĺžky, napríklad v SI sú to metre v kocke.

Pre telesá známeho tvaru (rovnobežnosten, guľa, pyramída) je možné túto hodnotu určiť špeciálnymi vzorcami, pre objekty nepravidelného geometrického tvaru sa objem určuje ponorením do kvapaliny.

Hustota fyzikálneho množstva

Teraz môžete prejsť priamo na odpoveď na otázku, Ako nájsť hustotu. Táto vlastnosť je určená pomerom telesnej hmotnosti k objemu, ktorý zaberá, ktorý je matematicky napísaný ako:

ρ = m / V.

Táto rovnosť ukazuje jednotky merania hodnoty p (kg /^m3). Hustota hmotnosti a objemu sú teda spojené jednou rovnosťou a hodnota p pre akýkoľvek materiál ukazuje objemovú koncentráciu jeho hmotnosti.

Uveďme jednoduchý príklad: ak vezmete do ruky plastové a železné gule rovnakej veľkosti, potom druhá bude mať oveľa väčšiu váhu ako prvá. Táto skutočnosť je spôsobená vysokou hustotou železa v porovnaní s hustotou plastov.

Jedným z hlavných prejavov pomeru hustoty v prírode bude vztlak telies. Ak má telo nižšiu hustotu ako kvapalina, nikdy sa v ňom neutopí.

Hustota materiálov

Pokiaľ ide o hustotu určitých materiálov, znamenajú tuhé látky. Plyny a kvapaliny majú tiež určitú hustotu, ale tu o nich nebudeme hovoriť.

Pevné materiály môžu mať kryštalickú alebo amorfnú štruktúru. Hodnota p závisí od štruktúry, medziatómových vzdialeností a atómových a molekulových hmotností materiálov. Napríklad Všetky kovy sú kryštály a sklo alebo drevo majú amorfnú štruktúru. Nižšie je uvedená tabuľka hustoty rôznych odrôd stromov.

Upozorňujeme, že v tomto prípade je uvedená priemerná hustota. V reálnych podmienkach má každý strom jedinečné vlastnosti, vrátane dutín, pórov a prítomnosti určitého percenta vlhkosti v dreve.

Nižšie je ďalšia tabuľka. V ňom v g / cm³ uvádzajú sa hustoty všetkých čistých chemických prvkov, ktoré majú izbovú teplotu.

Z tabuľky je zrejmé, že všetky prvky majú hustotu väčšiu ako hustota vody. Výnimkou sú iba tri kovy-lítium , draslík a sodík, ktoré neklesajú, ale plávajú na hladine vody.

Ako sa hustota meria experimentálne?

V skutočnosti existujú dve techniky na určenie študovanej charakteristiky. Prvým je priame váženie tela a meranie jeho lineárnych rozmerov.

Ak je geometrický tvar tela zložitý, použije sa takzvaná hydrostatická metóda.

Jeho podstata je nasledovná: Po prvé, telo sa odváži vo vzduchu. Predpokladajme, že výsledná hmotnosť bola P₁. Potom sa telo odváži v kvapaline so známou hustotou p_l. Nech je hmotnosť tela v kvapaline P₂. Potom bude hodnota hustoty p študovaného materiálu:

p = p_l* P₁/ (P₁-P₂).

Každý študent môže získať tento vzorec nezávisle, ak zváži Archimedov zákon pre opísaný prípad.

Historicky sa verí, že po prvýkrát použil hydrostatické váženie grécky filozof Archimedes na určenie falšovania zlatej koruny. Prvé hydrostatické váhy vynašiel Galileo Galilei na konci XVI. V súčasnosti sa Elektronické pyknometre a hustomery široko používajú na experimentálne stanovenie veľkosti p kvapalín, pevných látok a plynov.

Teoretická definícia hustoty

Otázka, ako experimentálne nájsť hustotu, bola zvážená vyššie. Napriek tomu je možné teoreticky nájsť túto časť neznámeho materiálu. K tomu je potrebné poznať typ kryštálovej mriežky, parametre tejto mriežky, ako aj hmotnosť atómov, ktoré ju tvoria. Pretože každá elementárna kryštálová mriežka má určitý geometrický tvar, nie je ťažké nájsť vzorec na určenie jej objemu.

Ak kryštalický materiál pozostáva z niekoľkých chemických prvkov, napríklad kovových zliatin, potom jeho priemernú hustotu možno určiť nasledujúcim jednoduchým vzorcom:

p = ∑m_i/∑(m_i/p_i).

Kde m_i, p_i - , hmotnosť a hustota I - tej zložky.

Ak má materiál amorfnú štruktúru, potom teoreticky nebude možné presne určiť jeho hustotu a je potrebné použiť experimentálne techniky.