Tartalom
- Sűrűség meghatározva
- Archimedes elv
- Tömeg, térfogat és sűrűség: Konverziók és érdekes adatok
- Egyenetlen vs egységes tömeg eloszlás
- A kompozit anyagok sűrűsége
- Rugalmassági modulus
A tömeg és a sűrűség - a térfogat mellett a fizikai és matematikai szempontból ezt a két mennyiséget összekötő fogalom mellett - a fizikatudomány két legalapvetőbb fogalma.Ennek ellenére, bár bár a tömeg, sűrűség, térfogat és súly világszerte számtalan millió számításba kerül minden nap, sok ember könnyen összetéveszthető ezekkel a mennyiségekkel.
Sűrűség, amely mind fizikai, mind mindennapi értelemben egyszerűen valami egy adott meghatározott térben belüli koncentrációjára utal, általában "tömeg-sűrűséget" jelent, és tehát a az anyagmennyiség egységenként. Számos tévhit van a sűrűség és a tömeg kapcsolatával kapcsolatban. Ezek érthetőek és a legtöbb esetben könnyen megtisztíthatók egy ilyen áttekintéssel.
Ezen túlmenően a kompozit sűrűség fontos. Számos anyag természetesen keverékből vagy elemekből vagy szerkezeti molekulákból áll, vagy ezekből készülnek, amelyek mindegyike saját sűrűséggel rendelkezik. Ha ismeri az egyes anyagok egymáshoz viszonyított arányát az érdeklődés tárgyában, és meg tudja nézni, vagy más módon kitalálhatja azok egyedi sűrűségét, akkor meghatározhatja az anyag összetételének sűrűségét.
Sűrűség meghatározva
A sűrűség a görög rho (ρ) betűvel van meghatározva, és egyszerűen valami tömegét osztja a teljes térfogattal:
ρ = m / V
Az SI (standard nemzetközi) egységek kg / m3, mivel a kilogramm és a méter a tömeg és az elmozdulás ("távolság") alapvető SI egységei. Sok valós helyzetben azonban a gramm milliliterben vagy g / ml-ben sokkal kényelmesebb egység. Egy ml = 1 köbcentiméter (cc).
Egy adott térfogatú és tömegű tárgy alakja nem befolyásolja sűrűségét, még akkor is, ha ez befolyásolhatja a tárgy mechanikai tulajdonságait. Hasonlóképpen, két azonos alakú (és ebből következően térfogatú) és tömegű objektum mindig azonos sűrűségű, függetlenül attól, hogy ez a tömeg hogyan oszlik meg.
Tömör gömb M és sugara R tömege egyenletesen eloszlik az egész gömbön és szilárd tömeggömb M és sugara R mivel tömege szinte teljes egészében egy vékony külső "héjában" koncentrálódik, ugyanolyan sűrűségűek.
A víz sűrűsége (H2O) szobahőmérsékleten és légköri nyomáson pontosan 1 g / ml (vagy azzal egyenértékűen 1 kg / L) értéket kap.
Archimedes elv
Az ókori Görögország napjaiban Archimedes meglehetősen zseniálisan bizonyította, hogy amikor egy tárgy vízbe (vagy bármilyen folyadékba) merül, az általa megtapasztalható erő megegyezik a kiszorított víz tömegével és a gravitáció szorzatával (azaz a víz súlyával). Ez a matematikai kifejezéshez vezet
mobj - mapp = ρflVobj
Szóval, ez azt jelenti, hogy a merülő tárgyak mért tömege és a merülésekor fellépő látszólagos tömege közötti különbség, osztva a folyadék sűrűségével, adja meg a merített tárgy térfogatát. Ez a térfogat könnyen felismerhető, ha az objektum szabályos alakú tárgy, például gömb, de az egyenlet hasznos a furcsa alakú tárgyak térfogatának kiszámításához.
Tömeg, térfogat és sűrűség: Konverziók és érdekes adatok
A L értéke 1000 cm3 = 1000 ml. A Föld felszíne közelében a gravitáció miatt bekövetkező gyorsulás: g = 9,80 m / s2.
Mert 1 L = 1000 cm3 = (10 cm × 10 cm × 10 cm) = (0,1 m × 0,1 m × 0,1 m) = 10-3 m3, 1000 liter van egy köbméterben. Ez azt jelenti, hogy egy tömeg nélküli kocka alakú tartály mindkét oldalán 1 m-enként 1 000 kg = 2,204 font víz tárolására képes, tonna feletti mennyiségre. Ne feledje, hogy egy méter csak körülbelül három és negyed láb; a víz talán "vastagabb", mint gondolnád!
Egyenetlen vs egységes tömeg eloszlás
A természeti világ legtöbb tárgyának tömege egyenlőtlenül oszlik meg az általuk elfoglalt térben. A saját tested példája; A tömeget viszonylag könnyedén meghatározhatja egy mindennapi skála segítségével, és ha megfelelő felszereléssel rendelkezik, akkor testének térfogatát úgy határozhatja meg, hogy merít egy vízkádba, és az Archimedes elvét alkalmazza.
De tudod, hogy egyes részek sokkal sűrűbbek, mint mások (például csont vs zsír), tehát van helyi variáció sűrűségben.
Egyes tárgyak összetétele egységes lehet, és így is egyenletes sűrűségannak ellenére, hogy két vagy több elemből vagy vegyületből készültek. Ez természetesen előfordulhat bizonyos polimerek formájában, de valószínűleg egy stratégiai gyártási folyamat következménye, például szénszálas kerékpár keretek.
Ez azt jelenti, hogy az emberi test esetétől eltérően ugyanolyan sűrűségű anyagból mintát kap, függetlenül attól, hogy a tárgyban melyikből vették ki, vagy mekkora volt. Recepció szerint ez "teljesen kevert".
A kompozit anyagok sűrűsége
A tömeg sűrűsége egyszerű kompozit anyagok, vagy két vagy több különálló, ismert egyedi sűrűségű anyagból készült anyagok egyszerű eljárás alkalmazásával dolgozhatók ki.
Tegyük fel például, hogy kapsz 100 ml folyadékot, amely 40% víz, 30% higany és 30% benzin. Mekkora a keverék sűrűsége?
Tudod, hogy víz esetén ρ = 1,0 g / ml. A táblázat áttekintésével kiderül, hogy ρ = 13,5 g / ml higany esetében és ρ = 0,66 g / ml benzin esetén. (Ez nagyon mérgező következményt eredményezne a nyilvántartásban.) A fenti eljárást követve:
(0,40) (1,0) + (0,30) (13,5) + (0,30) (0,66) = 4,65 g / ml.
A higanytartalom nagy sűrűsége jóval meghaladja a keverék teljes sűrűségét a víz vagy a benzinénél.
Rugalmassági modulus
Egyes esetekben, szemben az előző helyzettel, amikor csak valódi sűrűséget keresnek, a részecskekompozitok keverési szabálya másképp jelent. Ez egy mérnöki probléma, amely összekapcsolja a lineáris szerkezet, például egy gerenda általános stresszállóságát az egyén ellenállásával rost és mátrix alkotóelemeket, mivel ezeket az objektumokat gyakran stratégiailag úgy tervezik, hogy megfeleljenek bizonyos teherhordó követelményeknek.
Ezt gyakran a rugalmassági modulus E (más néven Youngs modulus, vagy a rugalmassági modulusz). A kompozit anyagok rugalmassági modulusának kiszámítása algebrai szempontból meglehetősen egyszerű. Először keresse meg az egyedi értékeket E az a táblázatban, mint például a Források. A kötetekkel V a kiválasztott mintában szereplő minden egyes alkotóelem ismert értékét használja az összefüggés
EC = EF VF + EM VM ,
Ahol EC a keverék modulusa és az indexek F és M a rost és a mátrix komponensekre vonatkoznak.