Yoğunluğun nasıl bulunacağını ve ne olduğunu yazımızda ele alalım. Birçok yapı ve aracın tasarımında, belirli bir malzemenin sahip olması gereken bir takım fiziksel özellikler dikkate alınır. Bunlardan biri yoğunluk.
Kütle ve hacim
Doğrudan onunla ilgili olan iki fiziksel niceliğin anlamını deşifre edin - bu kütle ve hacimdir. Yoğunluk nasıl bulunur sorusuna cevap vermeden önce.
Kütle, cisimlerin eylemsizlik özelliklerini ve birbirlerine yerçekimi kuvveti gösterme yeteneklerini tanımlayan bir özelliktir. Kütle, SI sisteminde kilogram olarak ölçülür.
Atalet ve yerçekimi kütleleri kavramları fiziğe ilk kez Isaac Newton tarafından mekanik ve evrensel yerçekimi yasalarını formüle ederken tanıtıldı.
Hacim, vücudun kapladığı alanı nicel olarak yansıtan, yalnızca geometrik bir özelliğidir. Hacim uzunluk birimi cinsinden ölçülür, örneğin SI cinsinden metre küptür.
Bilinen şekle sahip cisimler için(paralel boru, top, piramit) bu değer özel formüllerle belirlenebilir, düzensiz geometrik şekle sahip nesneler için hacim, bir sıvıya daldırılarak belirlenir.
Fiziksel miktar yoğunluğu
Artık direkt olarak yoğunluk nasıl bulunur sorusunun cevabına gidebilirsiniz. Bu özellik, vücut kütlesinin kapladığı hacme oranı ile belirlenir ve matematiksel olarak şu şekilde yazılır:
ρ=m/V.
Bu eşitlik ρ (kg/m3) birimlerini gösterir. Böylece yoğunluk, kütle ve hacim tek bir eşitlikle ilişkilidir ve herhangi bir malzeme için ρ değeri, kütlesinin hacim konsantrasyonunu gösterir.
Basit bir örnek verelim: Elinize aynı boyutta plastik ve demir bilyeler alırsanız, ikincisi birincisinden çok daha fazla ağırlığa sahip olacaktır. Bu gerçek, plastiğe kıyasla demirin yüksek yoğunluğundan kaynaklanmaktadır.
Doğadaki yoğunluk oranının ana tezahürlerinden biri cisimlerin kaldırma kuvveti olacaktır. Vücut sıvıdan daha düşük yoğunluğa sahipse, o zaman asla içinde batmaz.
Malzeme yoğunluğu
Belirli malzemelerin yoğunluğundan bahsederken katıları kastediyorlar. Gazlar ve sıvılar da belli bir yoğunluğa sahiptir ancak burada onlardan bahsetmeyeceğiz.
Katı malzemeler kristal veya amorf olabilir. ρ değeri, yapıların yapısına, atomlar arası mesafelere ve malzemelerin atomik ve moleküler kütlelerine bağlıdır. Örneğin, tüm metaller kristaldir ve cam veya ahşapamorf yapı. Aşağıda farklı ağaç türlerinin yoğunluk tablosu bulunmaktadır.
Lütfen bu durumda ortalama yoğunluğun verildiğini unutmayın. Gerçek hayatta, her ağacın boşluklar, gözenekler ve ahşapta belirli bir nem yüzdesinin varlığı gibi benzersiz özellikleri vardır.
Aşağıda başka bir tablo var. İçinde g/cm3oda sıcaklığındaki tüm saf kimyasal elementlerin yoğunlukları verilmiştir.
Tablodan tüm elementlerin sudan daha büyük bir yoğunluğa sahip olduğu görülebilir. Bunun istisnası yalnızca üç metaldir - batmayan, ancak su yüzeyinde yüzen lityum, potasyum ve sodyum.
Yoğunluk deneysel olarak nasıl ölçülür?
Aslında, incelenen özelliği belirlemek için iki teknik vardır. Birincisi, gövdeyi doğrudan tartmak ve doğrusal boyutlarını ölçmektir.
Vücudun geometrik şekli karmaşıksa, hidrostatik yöntem kullanılır.
Özü şudur: Önce bedeni havada tartın. Ortaya çıkan ağırlığın P1 olduğunu varsayalım. Bundan sonra vücut, yoğunluğu ρl bilinen bir sıvı içinde tartılır. Sıvıdaki cismin ağırlığı P2 olsun. O zaman incelenen malzemenin ρ yoğunluğunun değeri şu şekilde olacaktır:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Bu formülü her öğrenci Arşimet yasasını dikkate alırsa kendi başına elde edebilir.açıklanan durum için.
Tarihsel olarak, ilk kez sahte altın tacı belirlemek için Yunan filozof Arşimet tarafından hidrostatik tartımın kullanıldığına inanılmaktadır. İlk hidrostatik teraziler, 16. yüzyılın sonunda Galileo Galilei tarafından icat edildi. Şu anda elektronik piknometreler ve yoğunluk ölçerler sıvılarda, katılarda ve gazlarda ρ değerini deneysel olarak belirlemek için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Yoğunluğun teorik tanımı
Yoğunluğun deneysel olarak nasıl bulunacağı sorusu yukarıda tartışılmıştı. Ancak, bilinmeyen bir malzemenin bu ρ'sı teorik olarak bulunabilir. Bunu yapmak için, kristal kafesin türünü, bu kafesin parametrelerini ve onu oluşturan atomların kütlesini bilmek gerekir. Herhangi bir temel kristal kafes belirli bir geometrik şekle sahip olduğundan, hacmini belirlemek için bir formül bulmak kolaydır.
Kristal bir malzeme metal alaşımları gibi birkaç kimyasal elementten oluşuyorsa, ortalama yoğunluğu aşağıdaki basit formülle belirlenebilir:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Burada mi, ρi sırasıyla i-inci bileşenin kütlesi ve yoğunluğudur.
Malzeme amorf bir yapıya sahipse, teorik olarak yoğunluğunu tam olarak belirlemek mümkün olmayacaktır ve deneysel teknikler kullanılmalıdır.
