En introduksjon til tetthet: Definisjon og beregning

Et materiale tetthet er definert som dens masse per enhetsvolum. Sagt på en annen måte, tetthet er forholdet mellom masse og volum eller masse per enhetsvolum. Det er et mål på hvor mye "ting" en gjenstand har i enhetsvolumet (kubikkmeter eller kubikkcentimeter). Tetthet er i hovedsak en måling av hvor tett materien er stappet sammen. Prinsippet om tetthet ble oppdaget av den greske forskeren Archimedes, og det er enkelt å beregne om du kjenner formelen og forstår dens relaterte enheter.

For å beregne tettheten (vanligvis representert med Gresk bokstav "ρ") av et objekt, ta massen (m) og del med volumet (v):

ρ = m / v

De SI-enhet av tetthet er kilogram per kubikkmeter (kg / m³). Det er også ofte representert i cgs enhet gram per kubikkcentimeter (g / cm)³).

Når du studerer tetthet, kan det være nyttig å jobbe prøveproblem ved å bruke formelen for tetthet, som nevnt i forrige avsnitt. Husk at selv om tettheten faktisk er masse delt etter volum, blir den ofte målt i enheter gram per kubikk centimeter fordi gram representerer en standardvekt, mens kubikkcentimeter representerer volumet til gjenstand.

For dette problemet, ta en murstein salt som måler 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm, som veier 433 gram. For å finne tettheten, bruk formelen, som hjelper deg med å bestemme mengden masse per volumenhet, eller:

ρ = m / v

I dette eksemplet har du dimensjonene til objektet, så du må gjøre det beregne volumet. De formel for volum avhenger av formen på objektet, men det er en enkel beregning for en boks:

v = lengde x bredde x tykkelse
v = 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm
v = 200,0 cm³

Nå som du har masse og volum, beregne tettheten, som følger:

ρ = m / v
ρ = 433 g / 200,0 cm³
ρ = 2.165 g / cm³

Dermed er tettheten av saltsteinen 2,165 g / cm³.

En av de vanligste bruken av tetthet er i hvordan forskjellige materialer samvirker når de blandes sammen. Trevirke flyter i vann fordi det har en lavere tetthet, mens et anker synker fordi metallet har en høyere tetthet. Heliumballonger flyter fordi tettheten til helium er lavere enn tettheten av luft.

Når din bilstasjon tester forskjellige væsker, for eksempel transmisjonsvæske, vil den helle noe av væsken i et hydrometer. Hydrometeret har flere kalibrerte objekter, hvorav noen flyter i væsken. Ved å observere hvilke av gjenstandene som flyter, kan de ansatte på servicestasjonen bestemme væskens tetthet. Når det gjelder transmisjonsvæske, avslører denne testen om ansatte på servicestasjoner trenger å skifte den ut umiddelbart, eller om væsken fortsatt har noe liv i seg.

Tetthet lar deg løse for masse og volum hvis du får den andre mengden. Siden tetthet av vanlige stoffer er kjent, denne beregningen er ganske grei, i formen. (Legg merke til at stjerne-symbolet - * - brukes for å unngå forveksling med variablene for volum og tetthet, ρ og vhenholdsvis.)

v * ρ = meller
m / ρ = v

Endringen i tetthet kan også være nyttig i analyse av noen situasjoner, for eksempel når en kjemisk omdannelse finner sted og energi frigjøres. Ladingen i et lagringsbatteri er for eksempel en sur løsning. Når batteriet tømmer strøm, kombineres syren med blyet i batteriet for å danne et nytt kjemikalie, noe som resulterer i en reduksjon i tettheten av løsningen. Denne tettheten kan måles for å bestemme batteriets nivå på gjenværende ladning.

Tetthet er et sentralt begrep i å analysere hvordan materialer samhandler i fluidmekanikk, vær, geologi, materialvitenskap, ingeniørfag og andre fysikkfelt.

Et konsept relatert til tetthet er spesifikk tyngdekraft (eller enda mer passende, relativ tetthet) av et materiale, som er forholdet mellom materialets tetthet og vannets tetthet. Et objekt med en spesifikk tyngde mindre enn en vil flyte i vann, mens en spesifikk tyngdekraft større enn en betyr at den vil synke. Det er dette prinsippet som lar for eksempel en ballong fylt med varm luft flyte i forhold til resten av luften.