Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Какво е плътност?
- Плътност като цяло
- Значението на плътността: плавност
- Значението на плътността: Изчисляване на маса
Плътността е основна концепция във физиката и инженерството. Тя не само е тясно обвързана с масата на даден предмет, но плътността също е централна за определянето дали нещо ще плава, когато се постави върху повърхността на течност. Въпреки че плътността може да не е важна по същия начин като основните сили, тя все още е едно от най-важните неща, които можете да знаете за дадено вещество.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Плътността се определя като ρ = m ÷ V, където ρ е плътност, m е маса и V е обем. Плътността е важна при разработването, ако нещо ще плава във вода, а може да бъде полезно и за изчисляване на масата на определен обем на веществото.
Какво е плътност?
Плътността е масата на веществото на единица обем. Под формата на уравнение това означава:
ρ = m ÷ V
Гръцката буква rho, ρ, традиционно се използва за представяне на плътност; m е масата; и V е обемът. Единиците на плътност са кг на кубичен метър или нещо еквивалентно на това в други единици, като килограми на кубичен фут.
Водата е добър пример за плътност, тъй като при ежедневна температура плътността й е близка до 1000 кг / куб.м или 1 г / кубичен сантиметър. От друга страна неръждаемата стомана има плътност 8 000 кг / куб. Това се вписва в ежедневния опит, защото блокът от неръждаема стомана е по-тежък от блок с еднакъв размер вода.
Можете да промените плътността на нещо, като го компресирате по обем (т.е. намалявате силата на звука) или увеличавате количеството маса в същия обем.
Плътност като цяло
Въпреки че плътността обикновено се отнася до маса на единица обем, в някои ситуации терминът може да се използва по различен начин. Например, „плътността на числата“ на обектите е числото на каквото и да е, което броите в единица обем. Плътността на заряда е количеството електрически заряд на единица обем. Плътността на популацията се използва и като мярка за броя на хората на единица площ или обем. По принцип плътността означава количеството на нещо в рамките на определено пространство.
Значението на плътността: плавност
Плътността има очевидно значение, когато става въпрос за плаваемостта на обектите. Като цяло, ако нещо е по-плътно от водата (с плътност над 1000 кг / кубически метър), то ще потъне, но ако нещо има по-ниска плътност от водата, то ще плава.
По-технически нещо ще започне да плава, когато теглото на водата, която измества (поради повърхността, осъществяваща контакт с водата и колко далеч изтласква водата надолу), съответства на теглото на обекта, но ако това никога не се случи, ще мивка. Ако обектът е по-плътен от водата (например стоманен блок), теглото на водата, която измества, никога не може да съответства на теглото на обекта, така че той ще продължи да потъва.
Алуминият е добър пример. Тя е по-плътна от водата, но парче алуминиево фолио, изпънато, ще плува върху вода заради голямата площ, осъществяваща контакт с водата. Ако обаче превъртите същото количество фолио в топче, повърхността в контакт с водата става много по-малка и масата се концентрира над нея, така че по-голямата плътност на алуминия печели и фолиото ще потъне. Ето защо лодки, изработени от по-плътни материали, отколкото вода, ще плават, въпреки че един блок от материала ще потъне: Цялата структура има по-ниска плътност от блока, тъй като съдържа много въздух или по-малко плътен материал.
Разликата в плътността е и защо маслото плава по повърхността на водата. Плътността на маслата варира от около 0,91 до 0,93 g на кубичен сантиметър, малко по-малко от плътността на водата. Можете да извършите много експерименти на тази проста база, показвайки, че по-плътни течности ще потънат на дъното на съд с вода, докато по-малко плътни течности ще плават.
Значението на плътността: Изчисляване на маса
Тъй като плътността и масата са толкова тясно свързани, можете лесно да изчислите масата на определено количество вещество, при условие че знаете неговата плътност и обемът на веществото. Това може да бъде полезно в инженерните и други приложения. Използвайте простата формула:
m = ρ × V
За да се изчисли масата на веществото. Например, използвайки цитираната по-рано плътност на стоманата, 0,5 кубически метра стомана има маса:
m = ρ × V = 8 000 кг / кубичен метър × 0,5 кубически метра = 4000 кг
Това е полезно в много различни ситуации. Например, ако знаете колко място има в микробус и какво е максималното безопасно натоварване на микробуса, можете да разберете дали запълването му с конкретен материал ще бъде безопасно. Можете също така да използвате ρ = m ÷ V версията на уравнението, за да разберете какъв е най-плътният материал, който спокойно бихте могли да транспортирате.