Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Что такое плотность?
- Плотность в целом
- Важность плотности: плавучесть
- Важность плотности: расчет массы
Плотность является фундаментальным понятием в физике и технике. Мало того, что он тесно связан с массой объекта, но плотность также имеет центральное значение для определения того, будет ли что-то плавать, когда находится на поверхности жидкости. Хотя плотность, возможно, не так важна, как фундаментальные силы, это все же одна из самых важных вещей, которые вы можете знать о веществе.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Плотность определяется как ρ = м ÷ Vгде ρ - плотность, m - масса, а V - объем. Плотность важна при разработке, если что-то будет плавать в воде, и это также может быть полезно для расчета массы определенного объема вещества.
Что такое плотность?
Плотность - это масса вещества на единицу объема. В форме уравнения это означает:
ρ = м ÷ V
Греческая буква ро, ρ, традиционно используется для представления плотности; м масса; а также В это объем. Единицами плотности являются килограммы на кубический метр или что-то эквивалентное этому в других единицах, таких как фунты на кубический фут.
Вода является хорошим примером плотности, потому что при повседневной температуре ее плотность близка к 1000 кг / кубический метр или 1 г / кубический сантиметр. Нержавеющая сталь, с другой стороны, имеет плотность 8000 кг / куб. Это соответствует повседневному опыту, потому что блок из нержавеющей стали тяжелее, чем блок воды равного размера.
Вы можете изменить плотность чего-либо, сжимая его в объеме (т.е. уменьшая объем) или увеличивая количество массы в том же объеме.
Плотность в целом
Хотя плотность обычно относится к массе на единицу объема, в некоторых ситуациях этот термин может использоваться по-разному. Например, «числовая плотность» объектов - это количество того, что вы считаете в единице объема. Плотность заряда - это количество электрического заряда на единицу объема. Плотность населения также используется как мера количества людей на единицу площади или объема. В общем, плотность означает количество чего-либо в определенном пространстве.
Важность плотности: плавучесть
Плотность имеет очевидную важность, когда речь идет о плавучести объектов. В целом, если что-то более плотное, чем вода (с плотностью более 1000 кг / куб. М), оно будет тонуть, но если что-то будет иметь меньшую плотность, чем вода, оно будет плавать.
С технической точки зрения, что-то начнет плавать, когда вес вытесняемой воды (из-за того, что площадь поверхности соприкасается с водой и как далеко она толкает воду) соответствует весу объекта, но если этого никогда не произойдет, это будет тонуть. Если объект более плотный, чем вода (например, стальной блок), вес вытесняемой воды никогда не может соответствовать весу объекта, поэтому он будет продолжать опускаться.
Алюминий является хорошим примером. Он плотнее воды, но вытянутый кусок алюминиевой фольги будет плавать на воде из-за большой площади поверхности, контактирующей с водой. Однако, если вы намотаете такое же количество фольги в шарик, площадь поверхности, соприкасающейся с водой, станет намного меньше, а масса сконцентрируется над ней, поэтому большая плотность алюминия выйдет наружу, и фольга утонет. Вот почему лодки, сделанные из более плотных материалов, чем вода, будут плавать, даже если один блок материала будет тонуть: вся конструкция имеет меньшую плотность, чем блок, потому что она содержит много воздуха или менее плотный материал.
Разница в плотности также объясняет, почему нефть плавает на поверхности воды. Плотность масел колеблется от 0,91 до 0,93 г на кубический сантиметр, чуть меньше плотности воды. Вы можете выполнить много экспериментов на этой простой основе, показывая, что более плотные жидкости будут опускаться на дно емкости с водой, в то время как менее плотные жидкости будут плавать.
Важность плотности: расчет массы
Поскольку плотность и масса очень тесно связаны, вы можете легко рассчитать массу определенного количества вещества, если вы знаете его плотность и объем вещества. Это может быть полезно в инженерных и других приложениях. Используйте простую формулу:
m = ρ × V
Чтобы выработать массу вещества. Например, при использовании упомянутой ранее плотности стали 0,5 кубометра стали имеют массу:
m = ρ × V = 8000 кг / куб. м. × 0,5 куб. м. = 4000 кг.
Это полезно во многих различных ситуациях. Например, если вы знаете, сколько места в фургоне и какова максимальная безопасная нагрузка, которую может нести фургон, вы можете решить, будет ли безопасным заполнение его определенным материалом. Вы также можете использовать версию уравнения ρ = m ÷ V, чтобы определить, какой самый плотный материал вы можете безопасно транспортировать.