Consideriamo nell'articolo come trovare la densità e di cosa si tratta. Nella progettazione di molte strutture e veicoli, vengono prese in considerazione alcune caratteristiche fisiche che un particolare materiale deve avere. Uno di questi è la densità.
Messa e volume
Decifra il significato di due quantità fisiche che sono direttamente correlate ad essa: massa e volume. Prima di rispondere alla domanda come trovare la densità.
La massa è una caratteristica che descrive le proprietà inerziali dei corpi e la loro capacità di mostrare reciproca attrazione gravitazionale. La massa è misurata in chilogrammi nel sistema SI.
I concetti di massa inerziale e gravitazionale furono introdotti per la prima volta in fisica da Isaac Newton quando formulò le leggi della meccanica e della gravitazione universale.
Il volume è una caratteristica esclusivamente geometrica del corpo, che riflette quantitativamente la parte dello spazio che occupa. Il volume è misurato in unità cubiche di lunghezza, ad esempio in SI è metri cubi.
Per corpi di forma nota(parallelepipedo, palla, piramide) questo valore può essere determinato con formule speciali, per oggetti di forma geometrica irregolare, il volume si determina immergendoli in un liquido.
Densità della quantità fisica
Ora puoi andare direttamente alla risposta alla domanda su come trovare la densità. Questa caratteristica è determinata dal rapporto tra la massa corporea e il volume che occupa, che matematicamente è scritto come segue:
ρ=m/V.
Questa uguaglianza mostra le unità di ρ (kg/m3). Pertanto, densità, massa e volume sono correlati da un'unica uguaglianza e il valore di ρ per qualsiasi materiale mostra la concentrazione in volume della sua massa.
Facciamo un semplice esempio: se prendi in mano palline di plastica e di ferro della stessa misura, la seconda avrà molto più peso della prima. Questo fatto è dovuto all'elevata densità del ferro rispetto a quella della plastica.
Una delle principali manifestazioni del rapporto tra le densità in natura sarà la galleggiabilità dei corpi. Se il corpo ha una densità inferiore a quella del liquido, non vi affonderà mai.
Densità dei materiali
Quando si parla della densità di certi materiali, si intendono i solidi. Anche gas e liquidi hanno una certa densità, ma non ne parleremo qui.
I materiali solidi possono essere cristallini o amorfi. Il valore di ρ dipende dalla struttura, dalle distanze interatomiche e dalle masse atomiche e molecolari dei materiali. Ad esempio, tutti i metalli sono cristalli e il vetro o il legno lo hannostruttura amorfa. Di seguito è riportata una tabella della densità dei diversi tipi di legno.
Si prega di notare che in questo caso viene data la densità media. Nella vita reale, ogni albero ha caratteristiche uniche, inclusi vuoti, pori e la presenza di una certa percentuale di umidità nel legno.
Qui sotto c'è un altro tavolo. In esso, in g/cm3 vengono fornite le densità di tutti gli elementi chimici puri che sono a temperatura ambiente.
Si può vedere dalla tabella che tutti gli elementi hanno una densità maggiore di quella dell'acqua. L'eccezione sono solo tre metalli: litio, potassio e sodio, che non affondano, ma galleggiano sulla superficie dell'acqua.
Come viene misurata sperimentalmente la densità?
Ci sono infatti due tecniche per determinare la caratteristica oggetto di studio. Il primo consiste nel pesare direttamente il corpo e misurarne le dimensioni lineari.
Se la forma geometrica del corpo è complessa, viene utilizzato il cosiddetto metodo idrostatico.
La sua essenza è la seguente: prima pesa il corpo in aria. Assumiamo che il peso risultante sia P1. Successivamente, il corpo viene pesato in un liquido con una densità nota ρl. Lascia che il peso del corpo nel liquido sia P2. Allora il valore della densità ρ del materiale in studio sarà:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Questa formula può essere ottenuta da ogni studente da solo se considera la legge di Archimedeper il caso descritto.
Storicamente, si ritiene che per la prima volta la pesatura idrostatica sia stata utilizzata dal filosofo greco Archimede per determinare la falsa corona d'oro. Le prime bilance idrostatiche furono inventate da Galileo Galilei alla fine del XVI secolo. Attualmente, i picnometri elettronici ei densimetri sono ampiamente utilizzati per determinare sperimentalmente il valore di ρ in liquidi, solidi e gas.
Definizione teorica di densità
La questione di come trovare la densità sperimentalmente è stata discussa sopra. Tuttavia, questo ρ di un materiale sconosciuto può essere trovato teoricamente. Per fare ciò, è necessario conoscere il tipo di reticolo cristallino, i parametri di questo reticolo, nonché la massa degli atomi che lo compongono. Poiché ogni reticolo cristallino elementare ha una certa forma geometrica, è facile trovare una formula per determinarne il volume.
Se un materiale cristallino è costituito da diversi elementi chimici, come leghe metalliche, la sua densità media può essere determinata dalla seguente semplice formula:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Dove mi, ρi sono rispettivamente la massa e la densità della i-esima componente.
Se il materiale ha una struttura amorfa, in teoria non sarà possibile determinarne con precisione la densità e si dovranno utilizzare tecniche sperimentali.
