מבוא לצפיפות: הגדרה וחישוב

של חומר צפיפות מוגדר כמסה שלו לנפח יחידה. במילים אחרות, צפיפות היא היחס בין מסה לנפח או מסה לנפח יחידה. זהו מדד לכמה "דברים" יש לאובייקט בנפח יחידה (קוב או סנטימטר מעוקב). צפיפות היא למעשה מדידה של מידת הדחיסה של החומר זה בזה. עקרון הצפיפות התגלה על ידי המדען היווני ארכימדס, וקל לחשב אם אתה מכיר את הנוסחה ומבין את היחידות הקשורות לה.

לחישוב הצפיפות (מיוצג בדרך כלל על ידי ה- מכתב יווני "ρ") של חפץ, קח את המסה (M) ולחלק לפי הנפח (v):

ρ = M / v

ה יחידת SI של צפיפות הוא קילוגרם למטר מעוקב (ק"ג / מ"ק)³). זה מיוצג לעתים קרובות ב- יחידת cgs של גרם לסנטימטר מעוקב (גרם / ס"מ)³).

בלימוד הצפיפות יכול להועיל לעבוד על א בעיה במדגם באמצעות הנוסחה לצפיפות, כאמור בסעיף הקודם. נזכיר כי למרות שהצפיפות אכן מסה מחולקת לפי נפח, היא נמדדת לעתים קרובות ביחידות גרם לקוביה סנטימטר מכיוון שגרמים מייצגים משקל תקני, ואילו סנטימטרים מעוקבים מייצגים את נפח ה- חפץ.

לבעיה זו, קחו לבנה של מלח בגודל 10.0 ס"מ x 10.0 ס"מ x 2.0 ס"מ, שמשקלה 433 גרם. כדי למצוא את הצפיפות, השתמש בנוסחה שעוזרת לך לקבוע את כמות המסה לנפח יחידה, או:

ρ = m / v

בדוגמה זו, יש לך את הממדים של האובייקט, כך שאתה צריך חשב את עוצמת הקול. ה נוסחה לנפח תלוי בצורת האובייקט, אך זהו חישוב פשוט לתיבה:

v = אורך x רוחב x עובי
v = 10.0 ס"מ x 10.0 ס"מ x 2.0 ס"מ
v = 200.0 ס"מ³

עכשיו שיש לך את המסה והנפח, לחשב את הצפיפות, כדלהלן:

ρ = m / v
ρ = 433 גרם / 200.0 ס"מ³
ρ = 2.165 גרם / ס"מ³

לפיכך, צפיפות לבנה המלח היא 2.165 גרם / ס"מ³.

אחד השימושים הנפוצים ביותר בצפיפות הוא באופן שבו חומרים שונים מתקיימים זה בזה כאשר מערבבים יחד. עץ צף במים מכיוון שיש לו צפיפות נמוכה יותר, בעוד שעוגן שוקע מכיוון שלמתכת צפיפות גבוהה יותר. בלוני הליום צפים מכיוון שצפיפות ההליום נמוכה מצפיפות האוויר.

כאשר תחנת השירות לרכב שלך בודקת נוזלים שונים, כמו נוזל הולכה, היא תשפוך חלק מהנוזל להידרומטר. להידרומטר מספר עצמים מכוילים, שחלקם צפים בנוזל. על ידי התבוננות באיזה מהחפצים צפים, עובדי תחנות השירות יכולים לקבוע את צפיפות הנוזל. במקרה של נוזל העברה, בדיקה זו מגלה האם עובדי תחנות השירות צריכים להחליף אותו באופן מיידי, או שמא הנוזל עדיין יש בו חיים מסוימים.

צפיפות מאפשרת לך לפתור עבור מסה ונפח אם קיבלת את הכמות האחרת. מאז צפיפות של חומרים נפוצים ידוע, חישוב זה די פשוט, בצורה. (שים לב שסמל הכוכבית - * - משמש כדי למנוע בלבול עם המשתנים לגבי נפח וצפיפות, ρ ו v, בהתאמה.)

v * ρ = Mאו
M / ρ = v

שינוי הצפיפות יכול להועיל גם בניתוח מצבים מסוימים, למשל בכל פעם שמתרחשת המרה כימית ומשתחררת אנרגיה. הטעינה בסוללת אחסון, למשל, היא תמיסה חומצית. כאשר הסוללה מפורקת חשמל, החומצה משתלבת עם העופרת שבמצבר ליצירת כימיקל חדש, מה שמביא לירידה בצפיפות הפיתרון. ניתן למדוד את הצפיפות הזו כדי לקבוע את רמת הטעינה שנותרה בסוללה.

צפיפות היא מושג מפתח בניתוח האופן שבו חומרים מתקשרים במכניקת נוזלים, מזג אוויר, גיאולוגיה, מדעי החומרים, ההנדסה ותחומי פיזיקה אחרים.

מושג הקשור בצפיפות הוא כוח משיכה ספציפי (או אפילו יותר מתאים, צפיפות יחסית) של חומר, שהוא היחס בין צפיפות החומר ל צפיפות מים. אובייקט עם כוח משיכה ספציפי פחות מאחד יצוף במים, ואילו כוח משיכה ספציפי גדול מאחד פירושו שהוא ישקע. העיקרון הזה הוא שמאפשר, למשל, בלון מלא באוויר חם לצוף ביחס לשאר האוויר.