Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Vad är täthet?
- Allmän täthet
- Viktigheten av täthet: flytkraft
- Viktigheten av täthet: beräkning av massa
Densitet är ett grundläggande begrepp inom fysik och teknik. Inte bara är den intimt bunden till massan hos ett objekt, utan densitet är också central för att bestämma om något kommer att flyta när det placeras på ytan av en vätska. Även om täthet kanske inte är viktigt på samma sätt som de grundläggande krafterna, är det fortfarande en av de viktigaste sakerna du kan veta om ett ämne.
TL; DR (för lång; läste inte)
Densitet definieras som ρ = m ÷ V, där ρ är densitet, m är massa och V är volym. Densitet är viktigt när man arbetar om något flyter i vatten, och det kan också vara användbart för att beräkna massan för en specifik volym av ett ämne.
Vad är täthet?
Densitet är massan för ett ämne per volymenhet. I form av en ekvation betyder detta:
ρ = m ÷ V
Den grekiska bokstaven rho, ρ, används traditionellt för att representera densitet; m är massan; och V är volymen. Enheterna för densitet är kg per kubikmeter, eller något som motsvarar detta i andra enheter som kilo per kubikfot.
Vatten är ett bra exempel på täthet eftersom densiteten vid vardags temperatur är nära 1 000 kg / kubikmeter eller 1 g / kubikcentimeter. Rostfritt stål har å andra sidan en densitet på 8 000 kg / kubikmeter. Detta passar med vardagsupplevelsen, eftersom ett block av rostfritt stål är tyngre än ett lika stort vattenblock.
Du kan ändra tätheten för något genom att komprimera det i volym (dvs. minska volymen) eller öka mängden massa inom samma volym.
Allmän täthet
Även om densitet vanligtvis avser massa per volym per enhet, kan i vissa situationer termen användas på olika sätt. Till exempel är objekternas "täthetsdensitet" antalet vad du än räknar inom en volymenhet. Laddningstätheten är mängden elektrisk laddning per volymenhet. Befolkningstätheten används också som ett mått på antalet personer per enhetsarea eller volym. I allmänhet betyder densitet mängden av något inom en viss utrymme.
Viktigheten av täthet: flytkraft
Täthet har uppenbar betydelse när det gäller objektens flytkraft. I stort sett, om något är tätare än vatten (med en densitet över 1 000 kg / kubikmeter) sjunker det, men om något har en lägre täthet än vatten flyter det.
Mer tekniskt kommer något att börja flyta när vikten på vattnet det förflyttar (på grund av att ytytan kommer i kontakt med vattnet och hur långt det skjuter vattnet ner) matchar objektets vikt, men om detta aldrig händer kommer det sjunka. Om föremålet är tätare än vatten (till exempel ett stålblock), kan vattnet på det vatten som förflyttas aldrig matcha objektets vikt, så det fortsätter att sjunka.
Aluminium är ett bra exempel. Det är tätare än vatten, men en bit aluminiumfolie som sträckts ut flyter på vatten på grund av det stora ytområdet som kommer i kontakt med vattnet. Men om du rullar samma mängd folie upp till en boll, blir ytan i kontakt med vattnet mycket mindre och massan koncentreras över den, så den större tätheten av aluminium vinner ut och folien sjunker. Därför flyter båtar av tätare material än vatten, även om ett enda block av materialet sjunker: Hela strukturen har en lägre densitet än blocket eftersom den också innehåller mycket luft eller mindre tätt material.
Skillnaden i densitet är också varför olja flyter på vattenytan. Oljedensiteten sträcker sig från omkring 0,91 till 0,93 g per kubikcentimeter, precis mindre än vattentätheten. Du kan utföra många experiment på denna enkla basis, vilket visar att tätare vätskor sjunker till botten av en behållare med vatten medan mindre täta vätskor flyter.
Viktigheten av täthet: beräkning av massa
Eftersom densitet och massa är så nära besläktade kan du enkelt beräkna massan för en viss mängd av ett ämne under förutsättning att du känner till densiteten och ämnets volym. Detta kan vara användbart i teknik och andra applikationer. Använd den enkla formeln:
m = p × V
För att beräkna ämnets massa. Till exempel, med användning av tätheten av stål som anges tidigare, har 0,5 kubikmeter stål en massa av:
m = ρ × V = 8 000 kg / kubikmeter × 0,5 kubikmeter = 4 000 kg
Detta är användbart i många olika situationer. Om du till exempel vet hur mycket utrymme det finns i en skåpbil och vilken maximal säker last lastbilen kan ha, kan du räkna ut om det är säkert att fylla den med ett specifikt material. Du kan också använda ρ = m ÷ V-versionen av ekvationen för att ta reda på vad det tätaste materialet du säkert kan transportera är.