Úvod do hustoty: Definícia a výpočet

Stanovenie pomeru medzi hmotnosťou a objemom

Dorling Kindersley / Getty Images

Materiál hustota je definovaná ako jeho hmotnosť na jednotku objemu. Inak povedané, hustota je pomer medzi hmotnosťou a objemom alebo hmotnosťou na jednotku objemu. Je to miera toho, koľko „vecí“ má objekt v jednotke objemu (meter kubický alebo centimeter kubický). Hustota je v podstate mierou toho, ako tesne je hmota napchatá. Princíp hustoty objavil grécky vedec Archimedes , a je ľahké vypočítať, ak poznáte vzorec a rozumiete jeho súvisiacim jednotkám.

Vzorec hustoty

Na výpočet hustoty (zvyčajne reprezentovanej Grécke písmeno ' r ') predmetu, vezmite hmotnosť ( m ) a vydeľte objemom ( v ):

r = m / v

The jednotka ÁNO hustota je kilogram na meter kubický (kg/m³). Často je zastúpená aj vcgs jednotkagramov na kubický centimeter (g/cm³).

Ako nájsť hustotu

Pri štúdiu hustoty môže byť užitočné pracovať a ukážkový problém pomocou vzorca pre hustotu, ako je uvedené v predchádzajúcej časti. Pripomeňme, že hoci hustota je skutočne hmotnosť delená objemom, často sa meria v jednotkách gramov na kubický centimeter, pretože gramy predstavujú štandardnú hmotnosť, zatiaľ čo kubické centimetre predstavujú objem objektu.

Na tento problém si vezmite soľnú tehlu s rozmermi 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm, ktorá váži 433 gramov. Ak chcete zistiť hustotu, použite vzorec, ktorý vám pomôže určiť množstvo hmoty na jednotku objemu alebo:

ρ = m/v

V tomto príklade máte rozmery objektu, takže musíte vypočítať objem . The vzorec pre objem závisí od tvaru objektu, ale je to jednoduchý výpočet pre krabicu:

v = dĺžka x šírka x hrúbka
v = 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm
v = 200.0 cm³

Teraz, keď máte hmotnosť a objem,vypočítajte hustotu, nasledovne:

ρ = m/v
ρ = 433 g/200,0 cm³
p = 2,165 g/cm³

Hustota soľnej tehly je teda 2,165 g/cm³.

Použitie hustoty

Jedným z najbežnejších použití hustoty je spôsob interakcie rôznych materiálov, keď sa zmiešajú. Drevo pláva vo vode, pretože má nižšiu hustotu, zatiaľ čo kotva klesá, pretože kov má vyššiu hustotu. Héliové balóny plávajú, pretože hustota hélia je nižšia ako hustota vzduchu.

Keď vaša autoservis testuje rôzne kvapaliny, napríklad prevodovú kvapalinu, naleje časť kvapaliny do hustomera. Hustomer má niekoľko kalibrovaných predmetov, z ktorých niektoré plávajú v kvapaline. Pozorovaním, ktoré z predmetov plávajú, môžu pracovníci čerpacej stanice určiť hustotu kvapaliny. V prípade prevodovej kvapaliny tento test odhalí, či ju zamestnanci čerpacej stanice potrebujú okamžite vymeniť, alebo či má kvapalina v sebe ešte nejaký život.

Hustota vám umožňuje vyriešiť hmotnosť a objem, ak je dané iné množstvo. Keďže hustota bežných látok je známy, tento výpočet je pomerne jednoduchý, vo forme. (Všimnite si, že symbol hviezdičky —*—sa používa, aby sa predišlo zámene s premennými pre objem a hustotu, r a v , resp.)

v * r = m alebo
m / r = v

Zmena hustoty môže byť užitočná aj pri analýze niektorých situácií, napríklad vždy, keď prebieha chemická premena a uvoľňuje sa energia. Nabíjanie v akumulátorovej batérii je napr kyslý roztok . Keď batéria vybíja elektrinu, kyselina sa spojí s olovom v batérii a vytvorí novú chemikáliu, čo má za následok zníženie hustoty roztoku. Túto hustotu je možné zmerať na určenie úrovne zostávajúceho nabitia batérie.

Hustota je kľúčovým konceptom pri analýze toho, ako materiály interagujú v mechanike tekutín, počasí, geológii, materiálových vedách, inžinierstve a iných oblastiach fyziky.

Špecifická gravitácia

Pojem súvisiaci s hustotou je špecifická hmotnosť (alebo ešte vhodnejšie, relatívna hustota ) materiálu, čo je pomer hustoty materiálu k hustota vody . Objekt so špecifickou hmotnosťou menšou ako jedna bude plávať vo vode, zatiaľ čo špecifická hmotnosť väčšia ako jedna znamená, že sa potopí. Práve tento princíp umožňuje, aby sa napríklad balón naplnený horúcim vzduchom vznášal vo vzťahu k zvyšku vzduchu.