Tiheyden merkitys

Sisältö

• TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
• Mikä on tiheys?
• Tiheys yleensä
• Tiheyden merkitys: Kelluvuus
• Tiheyden merkitys: massan laskeminen

Tiheys on peruskäsite fysiikassa ja tekniikassa. Se ei ole vain läheisesti sidottu esineen massaan, vaan myös tiheys on keskeinen sen määrittämisessä, kelluuko jotain kelluessa nesteen pinnalle. Vaikka tiheys ei ehkä ole tärkeä samalla tavalla kuin perusvoimat, se on silti yksi tärkeimmistä asioista, jotka voit tietää.

TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)

Tiheys määritellään ρ = m ÷ V, jossa ρ on tiheys, m on massa ja V on tilavuus. Tiheys on tärkeä, kun selvitetään, jos jokin kelluu vedessä, ja se voi olla hyödyllinen myös aineen tietyn tilavuuden massan laskemisessa.

Mikä on tiheys?

Tiheys on aineen massa tilavuusyksikköä kohti. Yhtälön muodossa tämä tarkoittaa:

ρ = m ÷ V

Kreikan kirjain rho, ρ, käytetään perinteisesti tiheyden esittämiseen; m on massa; ja V on äänenvoimakkuus. Tiheysyksiköt ovat kg / kuutiometri tai jotain vastaavaa muissa yksiköissä, kuten naulaa / kuutiojalka.

Vesi on hyvä esimerkki tiheydestä, koska arjen lämpötilassa sen tiheys on lähellä 1 000 kg / kuutiometri tai 1 g / kuutiosenttimetri. Ruostumattoman teräksen toisaalta tiheys on 8000 kg / kuutiometri. Tämä sopii jokapäiväiseen kokemukseen, koska ruostumattomasta teräksestä valmistettu lohko on raskaampi kuin samankokoinen vesilohko.

Voit muuttaa jonkin tiheyttä pakkaamalla sen tilavuutena (ts. Vähentämällä tilavuutta) tai lisäämällä massan määrää samassa tilavuudessa.

Tiheys yleensä

Vaikka tiheys viittaa yleensä massaan tilavuusyksikköä kohti, termiä voidaan joissakin tilanteissa käyttää eri tavalla. Esimerkiksi esineiden ”lukumäärätiheys” on luku riippumatta siitä, minkä lasket tilavuusyksikössä. Varaustiheys on sähkövarauksen määrä tilavuusyksikköä kohti. Väestötiheyttä käytetään myös mitata ihmisten määrää pinta-alayksikköä tai tilavuutta kohti. Yleensä tiheys tarkoittaa jotain määrää tietyssä tilassa.

Tiheyden merkitys: Kelluvuus

Tiheydellä on selvä merkitys esineiden nosteelle. Yleisesti ottaen, jos jokin on vettä tiheämpää (tiheys on yli 1 000 kg / kuutiometri), se uppoaa, mutta jos jollain on pienempi tiheys kuin vedellä, se kelluu.

Teknisemmin jotain alkaa kellua, kun sen syrjäyttämän veden paino (johtuen veden kanssa kosketukseen joutuneesta pinta-alasta ja kuinka pitkälle se työntää vettä alas) vastaa esineen painoa, mutta jos tätä ei koskaan tapahdu, niin se tulee pesuallas. Jos esine on vettä tiheämpää (esimerkiksi teräspalkki), sen syrjäyttämän veden paino ei voi koskaan olla samanlainen kuin esineen paino, joten se uppoaa edelleen.

Alumiini on hyvä esimerkki. Se on tiheämpi kuin vesi, mutta venytetty pala alumiinifolioa kelluu vedessä, koska suuri pinta-ala on kosketuksissa veden kanssa. Jos kuitenkin vierität saman määrän foliota palloksi, veden kanssa kosketuksessa oleva pinta-ala pienenee paljon ja massa keskittyy sen yläpuolelle, joten suurempi alumiinin tiheys voittaa ja folio uppoaa. Tästä syystä veneistä, jotka on valmistettu tiheämmästä materiaalista kuin vedestä, kelluu, vaikka materiaalin yksi lohko uppoaisi: Koko rakenteella on pienempi tiheys kuin lohkolla, koska se sisältää paljon ilmaa tai vähemmän tiheää materiaalia.

Tiheysero johtuu myös siitä, miksi öljy kelluu veden pinnalla. Öljyjen tiheys vaihtelee välillä noin 0,91 - 0,93 g / cm3, vain vähemmän kuin veden tiheys. Voit suorittaa monia kokeita tällä yksinkertaisella perusteella osoittaen, että tiheämpiä nesteitä uppoaa vesisäiliön pohjalle, kun taas vähemmän tiheät nesteet kelluvat.

Tiheyden merkitys: massan laskeminen

Koska tiheys ja massa ovat niin läheisesti toisiinsa liittyviä, voit laskea tietyn määrän ainetta massan helposti, jos tiedät sen tiheyden ja aineen tilavuuden. Tämä voi olla hyödyllistä suunnittelussa ja muissa sovelluksissa. Käytä yksinkertaista kaavaa:

m = ρ × V

Aineen massan selvittäminen. Esimerkiksi käyttämällä aikaisemmin mainittua teräksen tiheyttä, 0,5 kuutiometrin teräksen massa on:

m = ρ × V = 8 000 kg / kuutiometri × 0,5 kuutiometriä = 4 000 kg

Tämä on hyödyllinen monissa eri tilanteissa. Jos esimerkiksi tiedät, kuinka paljon pakettiautossa on tilaa ja mitä suurin pakettiauto voi kuljettaa turvallisesti, voit selvittää, onko sen täyttö tietyllä materiaalilla turvallista. Voit myös käyttää yhtälön ρ = m ÷ V -versiota selvittääksesi, mikä on tihein materiaali, jonka turvallisesti kuljettaa.