Kalkulator gęstości
Obliczyć gęstość substancji przy użyciu jej masy i objętości.
Wprowadź swoje wartości
Kompleksowy przewodnik po gęstości
Zrozumienie gęstości w fizyce
Gęstość jest jednym z najbardziej fundamentalnych pojęć fizyki i materiałów. Charakteryzuje się ilością masy zawartą w danej objętości substancji, zapewniając kluczowe spostrzeżenia na temat właściwości materialnych i zachowania. Ten kompleksowy przewodnik bada gęstość od podstawowych zasad do zastosowań praktycznych.
Znaczenie gęstości
Gęstość służy jako kluczowy identyfikator substancji i materiałów. Pomaga naukowcom i inżynierom:
- Identyfikacja nieznanych materiałów
- Przewidywać jak obiekty będą oddziaływać z płynami (czy będą pływać lub zatopić)
- Materiały projektowe o szczególnych właściwościach
- Określić czystość i skład materiału
- Oblicz wyporność i dynamikę płynów
Jednostki gęstości i konwersje
Różne pola wykorzystują różne jednostki dla gęstości:
| Jednostka | Równoważny | Powszechnie używane w |
|---|---|---|
| kg / m ³ | Norma SI | Kontekst naukowy i inżynieryjny |
| g/cm³ | 1 g / cm ³ = 1000 kg / m ³ | Ustawienia laboratoryjne, fizyka materiałowa |
| lb / ft ³ | 1 lb / ft ³ yn 16,02 kg / m ³ | Budownictwo, inżynieria amerykańska |
| lb / in ³ unit description in lists | 1 lb / m ³ | Produkcja, obróbka metali |
Czynniki wpływające na gęstość
Gęstość nie jest nieruchomością stałą, ale może się różnić w zależności od kilku czynników:
- Temperatura:Większość substancji rozszerza się po podgrzaniu i kurczy się po schłodzeniu, zmieniając ich gęstość. Woda jest znaczącym wyjątkiem, osiągając maksymalną gęstość w temperaturze 4 ° C
- Ciśnienie:Wyższe ciśnienie zazwyczaj zwiększa gęstość, szczególnie w gazach i płynach.
- Skład:Mieszaniny i stopy mają gęstość zależną od ich składników i ich proporcji.
- Kryształowa struktura:Układ atomowy ciał stałych wpływa na to, jak ciasno zapakowane są atomy, wpływając na gęstość.
Ciekawe Zjawisko Density
Anomalia wodna
W przeciwieństwie do większości substancji, woda osiąga maksymalną gęstość przy 4 ° C raczej niż w punkcie zamarzania. Anomalia ta ma kluczowe znaczenie dla życia wodnego: ponieważ woda chłodzi się poniżej 4 ° C, staje się mniej gęsta i unosi się na powierzchnię, gdzie może zamarznąć. Zapobiega to zamarzaniu ciał wodnych od dołu do góry, co pozwala organizmom wodnym przetrwać zimę.
Zasada Archimedesa
Każdy obiekt całkowicie lub częściowo zanurzony w płynie doświadcza siły wypornej w górę równej masie płynu, który wyparowuje. Zasada ta wyjaśnia, dlaczego obiekty pływają lub zlewają i jest podstawą obliczeń wyporności.
Zaawansowane pojęcia gęstości
Poza podstawową definicją, istnieje kilka specjalistycznych koncepcji gęstości:
- Względna gęstość (właściwa grawitacja):Stosunek gęstości substancji do gęstości substancji odniesienia (zazwyczaj woda dla cieczy i substancji stałych, powietrze dla gazów).
- Gęstość luzem:Masa materiału podzielona przez jego całkowitą objętość, w tym pory i pustki.
- Gęstość cząstek:Masa cząstki podzielonej przez jej rzeczywistą objętość, z wyłączeniem porów i puszek.
- Gęstość energii:Ilość energii zgromadzonej na jednostkę objętości lub masy w substancji.
Praktyczne zastosowania gęstości
Identyfikacja materiału
Pomiary gęstości pomagają zidentyfikować nieznane materiały i weryfikować czystość materiału w procesach kontroli jakości.
Projekt inżynieryjny
Inżynierowie biorą pod uwagę gęstość podczas doboru materiałów do konkretnych zastosowań, takich jak lekkie komponenty do aeroprzestrzeni lub gęste materiały do osłon przed promieniowaniem.
Nauka o środowisku
Różnice gęstości napędzają prądy oceaniczne, cyrkulację atmosferyczną i rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w zbiornikach wodnych.
Zastosowania medyczne
Pomiary gęstości kości pomagają diagnozować takie warunki jak osteoporoza, podczas gdy gęstość płynu w organizmie może wskazywać na problemy zdrowotne.
Gęstość pomiaru: zaawansowane techniki
Poza prostymi pomiarami masy i objętości, naukowcy stosują zaawansowane metody określania gęstości:
- Piknometria:Wykorzystuje specjalistyczne kolby do precyzyjnego pomiaru objętości
- Hydrostatyczne Ważenie:Opierając się na zasadzie Archimedesa do pomiaru gęstości poprzez przesunięcie płynu
- Kolumny gradientu gęstości:Kolumny roztworu o stopniowej zmianie gęstości w celu określenia, gdzie cząstki pozostają zawieszone
- Pyktometria gazowa:Używa przesuwu gazu do dokładnego pomiaru objętości materiałów porowatych
- U- rurka oscylacyjna Metoda:Mierzy gęstość płynów poprzez zmiany częstotliwości drgań
Wzór gęstości
Gęstość jest miarą masy na jednostkę objętości. Jest podstawową własnością materii, która pomaga zidentyfikować substancje i przewidzieć ich zachowanie.
gdzie:
- -------------------------------------------------- (rho) = gęstość (kg / m ³)
- m = masa (kg)
- V = objętość (m ³)
Jak obliczyć
Aby obliczyć gęstość, należy wykonać następujące czynności:
-
1Zmierzyć masę obiektu w kilogramach (kg)
-
2Mierz objętość obiektu w metrach sześciennych (m ³)
-
3Podzielić masę przez objętość, aby uzyskać gęstość
Wspólne gęstości
MateriałyGęstość materiału wspólnego
- Woda: 1000 kg / m ³
- Żelazo: 7870 kg / m ³
- Aluminium: 2700 kg / m ³
- Złoto: 19300 kg / m ³
- Powietrze (na poziomie morza): 1.225 kg / m ³