Considerem a l'article com trobar la densitat i què és. En el disseny de moltes estructures i vehicles, es tenen en compte una sèrie de característiques físiques que ha de tenir un material concret. Un d'ells és la densitat.
Missa i volum
Desxifra el significat de dues magnituds físiques que hi estan directament relacionades: la massa i el volum. Abans de respondre a la pregunta com trobar la densitat.
La massa és una característica que descriu les propietats inercials dels cossos i la seva capacitat de mostrar atracció gravitatòria entre si. La massa es mesura en quilograms en el sistema SI.
Els conceptes de masses inercial i gravitatòria van ser introduïts per primera vegada a la física per Isaac Newton quan va formular les lleis de la mecànica i la gravitació universal.
El volum és una característica exclusivament geomètrica del cos, que reflecteix quantitativament la part de l'espai que ocupa. El volum es mesura en unitats cúbiques de longitud, per exemple, al SI és metres cúbics.
Per a cossos de forma coneguda(paral·lelepípede, bola, piràmide) aquest valor es pot determinar mitjançant fórmules especials, per a objectes de forma geomètrica irregular, el volum es determina submergint-los en un líquid.
Densitat de quantitat física
Ara podeu anar directament a la resposta a la pregunta de com trobar la densitat. Aquesta característica ve determinada per la relació entre la massa corporal i el volum que ocupa, que s'escriu matemàticament de la següent manera:
ρ=m/V.
Aquesta igu altat mostra les unitats de ρ (kg/m3). Així, la densitat, la massa i el volum estan relacionats per una única igu altat, i el valor de ρ per a qualsevol material mostra la concentració de volum de la seva massa.
Posem un exemple senzill: si agafeu boles de plàstic i de ferro de la mateixa mida a la mà, aleshores la segona tindrà molt més pes que la primera. Aquest fet es deu a l' alta densitat del ferro en comparació amb la del plàstic.
Una de les principals manifestacions de la relació de densitats a la natura serà la flotabilitat dels cossos. Si el cos té una densitat inferior a la del líquid, mai s'hi enfonsarà.
Densitat dels materials
Quan es parla de la densitat de determinats materials, es refereixen a sòlids. Els gasos i els líquids també tenen una certa densitat, però aquí no en parlarem.
Els materials sòlids poden ser cristal·lins o amorfs. El valor de ρ depèn de l'estructura, les distàncies interatòmiques i les masses atòmiques i moleculars dels materials. Per exemple, tots els metalls són cristalls, i el vidre o la fusta en tenenestructura amorfa. A continuació es mostra una taula de la densitat dels diferents tipus de fusta.
Tingueu en compte que en aquest cas es dóna la densitat mitjana. A la vida real, cada arbre té característiques úniques, com ara buits, porus i la presència d'un cert percentatge d'humitat a la fusta.
A continuació hi ha una altra taula. En ell, en g/cm3densitats de tots els elements químics purs que es troben a temperatura ambient.
A la taula es pot veure que tots els elements tenen una densitat superior a la de l'aigua. L'excepció són només tres metalls: el liti, el potassi i el sodi, que no s'enfonsen, sinó que suren a la superfície de l'aigua.
Com es mesura experimentalment la densitat?
De fet, hi ha dues tècniques per determinar la característica objecte d'estudi. El primer és pesar directament el cos i mesurar-ne les dimensions lineals.
Si la forma geomètrica del cos és complexa, s'utilitza l'anomenat mètode hidrostàtic.
La seva essència és la següent: primer pesar el cos a l'aire. Suposem que el pes resultant va ser P1. Després d'això, el cos es pesa en un líquid amb una densitat coneguda ρl. Deixeu que el pes del cos al líquid sigui P2. Aleshores el valor de la densitat ρ del material en estudi serà:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Aquesta fórmula la pot obtenir cada estudiant pel seu compte si té en compte la llei d'Arquimedesper al cas descrit.
Històricament, es creu que per primera vegada el filòsof grec Arquimedes va utilitzar el pesatge hidrostàtic per determinar la falsa corona d'or. Les primeres balances hidrostàtiques van ser inventades per Galileo Galilei a finals del segle XVI. Actualment, els picnòmetres electrònics i els densimetres s'utilitzen àmpliament per determinar experimentalment el valor de ρ en líquids, sòlids i gasos.
Definició teòrica de la densitat
La qüestió de com trobar la densitat experimentalment es va discutir anteriorment. Tanmateix, aquest ρ d'un material desconegut es pot trobar teòricament. Per fer-ho, cal conèixer el tipus de xarxa cristal·lina, els paràmetres d'aquesta xarxa, així com la massa dels àtoms que la formen. Com que qualsevol xarxa cristal·lina elemental té una forma geomètrica determinada, és fàcil trobar una fórmula per determinar-ne el volum.
Si un material cristal·lí consta de diversos elements químics, com ara aliatges metàl·lics, la seva densitat mitjana es pot determinar mitjançant la fórmula senzilla següent:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
On mi, ρi són la massa i la densitat del component i, respectivament.
Si el material té una estructura amorfa, teòricament no serà possible determinar-ne amb precisió la densitat i s'han d'utilitzar tècniques experimentals.
