المحتوى
- الكثافة المحددة
- مبدأ أرخميدس
- الكتلة والحجم والكثافة: التحويلات وبيانات الاهتمام
- التوزيع غير المتكافئ مقابل التوزيع الموحد
- كثافة المواد المركبة
- معامل المرونة
الكتلة والكثافة - إلى جانب الحجم ، المفهوم الذي يربط هاتين الكميتين ، جسديًا وحسابًا - هما أكثر المفاهيم الأساسية في العلوم الفيزيائية.على الرغم من هذا ، وعلى الرغم من مشاركة كل من الكتلة والكثافة والحجم والوزن في عدد لا يحصى من الملايين من العمليات الحسابية في جميع أنحاء العالم كل يوم ، إلا أن الكثير من الناس يخلطون بسهولة بهذه الكميات.
كثافة، الذي يشير بكل بساطة من الناحية المادية واليومية إلى تركيز شيء ما داخل مساحة محددة ، وعادة ما يعني "كثافة الكتلة" ، وبالتالي فإنه يشير إلى كمية المادة لكل وحدة حجم. العديد من المفاهيم الخاطئة كثيرة حول العلاقة بين الكثافة والوزن. هذه هي مفهومة ومسحها بسهولة لمعظم مع مراجعة مثل هذا واحد.
بالإضافة إلى ذلك ، مفهوم الكثافة المركبة أنه مهم. تتكون العديد من المواد بشكل طبيعي من خليط أو عناصر أو جزيئات هيكلية ، أو يتم تصنيعها منها ، ولكل منها كثافة خاصة بها. إذا كنت تعرف نسبة المواد الفردية إلى بعضها البعض في العنصر محل الاهتمام ، ويمكنك البحث عن كثافاتها الفردية أو اكتشافها بطريقة أخرى ، فيمكنك تحديد الكثافة المركبة للمواد ككل.
الكثافة المحددة
يتم تعيين الكثافة بالحرف اليوناني rho (ρ) وهو ببساطة كتلة شيء مقسومًا على إجمالي حجمه:
ρ = m / V
وحدات SI (الدولية القياسية) هي كجم / م3، نظرًا لأن الكيلوجرام والعدادات عبارة عن وحدات SI أساسية للكتلة والتهجير ("المسافة") على التوالي. ومع ذلك ، في العديد من مواقف الحياة الواقعية ، تكون الجرامات لكل مليلتر ، أو جرام / مل ، وحدة أكثر ملاءمة. واحد مل = 1 سنتيمتر مكعب (سم مكعب).
لا يؤثر شكل الكائن ذي الحجم والكتلة المعطاة على كثافته ، حتى لو كان هذا يمكن أن يؤثر على الخواص الميكانيكية للكائنات. وبالمثل ، يكون لكائنان من نفس الشكل (ومن ثم الحجم) والكتلة دائمًا نفس الكثافة بغض النظر عن كيفية توزيع تلك الكتلة.
كرة صلبة من الكتلة M ونصف قطرها R مع كتلتها تنتشر بالتساوي في جميع أنحاء الكرة والمجال الصلب للكتلة M ونصف قطرها R مع كتلتها تتركز بالكامل تقريبا في "قذيفة" الخارجي رقيقة لها نفس الكثافة.
كثافة الماء (H2O) في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي يعرف بأنه بالضبط 1 جم / مل (أو ما يعادلها ، 1 كجم / لتر).
مبدأ أرخميدس
في أيام اليونان القديمة ، أثبت أرخميدس عبقريًا أنه عندما يتم غمر جسم ما في الماء (أو أي سائل) ، فإن القوة التي يختبرها تساوي كتلة الماء النازح في أوقات الجاذبية (أي وزن الماء). هذا يؤدي إلى التعبير الرياضي
مالكائنات - متطبيق = ρفلوريداالخامسالكائنات
بمعنى ، هذا يعني أن الفرق بين الأشياء المقاسة والكتلة الظاهرية عند غمرها ، مقسومًا على كثافة السائل ، يعطي حجم الكائن المغمور. يتم تمييز هذا الحجم بسهولة عندما يكون الكائن عبارة عن كائن منتظم الشكل مثل كرة ، لكن المعادلة تكون في متناول اليد لحساب وحدات تخزين الكائنات الغريبة الشكل.
الكتلة والحجم والكثافة: التحويلات وبيانات الاهتمام
ألف ل هو 1000 سم مكعب = 1000 مل. التسارع بسبب الجاذبية بالقرب من سطح الأرض ز = 9.80 م / ث2.
لأن 1 لتر = 1000 سم مكعب = (10 سم × 10 سم × 10 سم) = (0.1 م × 0.1 م × 0.1 م) = 10-3 م3، هناك 1000 لتر في متر مكعب. هذا يعني أن حاوية بلا كتل مكعب على طول 1 متر على كل جانب يمكن أن تحتوي على 1000 كجم = 2،204 رطل من الماء ، أي أكثر من طن. تذكر ، يبلغ طول المتر حوالي ثلاثة أقدام وربع قدم فقط ؛ الماء ربما "أكثر سمكا" مما كنت تعتقد!
التوزيع غير المتكافئ مقابل التوزيع الموحد
معظم الكائنات في العالم الطبيعي لها كتلتها تنتشر بشكل غير متكافئ في أي مساحة تشغلها. جسمك هو مثال ؛ يمكنك تحديد الكتلة الخاصة بك بسهولة نسبية باستخدام مقياس يومي ، وإذا كان لديك المعدات المناسبة ، يمكنك تحديد حجم جسمك من خلال غمر نفسك في حوض من الماء واستخدام مبدأ Archimedes.
لكنك تعلم أن بعض الأجزاء أكثر كثافة من الأجزاء الأخرى (العظام مقابل الدهون ، على سبيل المثال) ، لذلك هناك الاختلاف المحلي في الكثافة.
بعض الكائنات قد يكون لها تكوين موحد ، وبالتالي كثافة موحدة، على الرغم من كونها مكونة من عنصرين أو أكثر أو مركبات. يمكن أن يحدث هذا بشكل طبيعي في شكل بوليمرات معينة ، ولكن من المحتمل أن يكون نتيجة لعملية تصنيع استراتيجية ، مثل إطارات الدراجات المصنوعة من ألياف الكربون.
هذا يعني أنه ، على عكس حالة جسم الإنسان ، ستحصل على عينة من المادة من نفس الكثافة بغض النظر عن المكان الذي استخرجته منه أو كان حجمه صغيرًا. من حيث الوصفة ، إنه "ممزوج بالكامل".
كثافة المواد المركبة
كثافة الكتلة البسيطة لل المواد المركبة، أو المواد المصنوعة من اثنين أو أكثر من المواد المتميزة ذات الكثافة الفردية المعروفة ، يمكن إعدادها باستخدام عملية بسيطة.
على سبيل المثال ، لنفترض أنك حصلت على 100 مل من السائل الذي يمثل 40 في المائة من المياه و 30 في المائة من الزئبق و 30 في المائة من البنزين. ما هي كثافة الخليط؟
أنت تعلم أنه بالنسبة للماء ، 1.0 = 1.0 جم / مل. استشر الجدول ، ستجد أن ρ = 13.5 جم / مل للزئبق و 0.6 = 0.66 جم / مل للبنزين. (هذا من شأنه أن يجعل طهو سامة للغاية ، للسجل.) باتباع الإجراء أعلاه:
(0.40) (1.0) + (0.30) (13.5) + (0.30) (0.66) = 4.65 جم / مل.
تزيد الكثافة العالية لمساهمة الزئبق من الكثافة الكلية للخليط أعلى بكثير من الماء أو البنزين.
معامل المرونة
في بعض الحالات ، على عكس الموقف السابق حيث يتم البحث عن كثافة حقيقية فقط ، فإن قاعدة الخليط لمركبات الجسيمات تعني شيئًا مختلفًا. هو أحد الشواغل الهندسية التي تربط المقاومة الكلية للإجهاد في بنية خطية مثل شعاع لمقاومة الفرد الأساسية و مصفوفة المكونات ، مثل هذه الكائنات غالبًا ما تتم هندستها استراتيجياً لتتوافق مع بعض متطلبات الحاملة.
يتم التعبير عن هذا غالبًا من حيث المعلمة المعروفة باسم معامل المرونة E (وتسمى أيضا معامل يونج، أو ال معامل المرونة). حساب المعامل المرن للمواد المركبة بسيط للغاية من الناحية الجبرية. أولاً ، ابحث عن القيم الفردية لـ E من في جدول مثل واحد في الموارد. مع الكميات الخامس من كل مكون في العينة المختارة المعروفة ، استخدم العلاقة
EC = هF الخامسF + هM الخامسM ,
أين EC هو معامل الخليط والنصوص F و M الرجوع إلى مكونات الألياف والمصفوفة على التوالي.