Աշակերտները ֆիզիկայում նյութերի զանգված և ծավալ հասկացությանը ծանոթանալուց հետո ուսումնասիրում են ցանկացած մարմնի կարևոր հատկանիշ, որը կոչվում է խտություն։ Ստորև բերված հոդվածը նվիրված է այս արժեքին: Ստորև ներկայացված են խտության ֆիզիկական նշանակության հարցերը։ Տրված է նաև խտության բանաձևը. Նկարագրված են դրա փորձարարական չափման մեթոդները։
Խտության հայեցակարգ
Հոդվածը սկսենք նյութի խտության բանաձևի ուղղակի գրանցմամբ։ Կարծես հետևյալն է՝
ρ=m / V.
Ահա m-ը դիտարկված մարմնի զանգվածն է: SI համակարգում այն արտահայտվում է կիլոգրամներով։ Առաջադրանքներում և գործնականում կարող եք գտնել նաև դրա չափման այլ միավորներ, օրինակ՝ գրամ կամ տոննա:
Բանաձևում V խորհրդանիշը նշանակում է մարմնի երկրաչափական պարամետրերը բնութագրող ծավալը: Այն չափվում է SI-ով խորանարդ մետրով, սակայն օգտագործվում են նաև խորանարդ կիլոմետրեր, լիտրեր, միլիլիտրներ և այլն։
Խտության բանաձևը ցույց է տալիս, թե նյութի ինչ զանգված է պարունակվում միավորումծավալը։ Օգտագործելով ρ արժեքը՝ կարելի է գնահատել, թե երկու մարմիններից որն ավելի մեծ կշիռ կունենա հավասար ծավալներով, կամ երկու մարմիններից որն ավելի մեծ ծավալ կունենա՝ հավասար զանգվածներով։ Օրինակ, փայտը ավելի քիչ խիտ է, քան երկաթը: Հետևաբար, այս նյութերի հավասար ծավալների դեպքում երկաթի զանգվածը զգալիորեն կգերազանցի ծառի նույն արժեքը։
Հարաբերական խտության հայեցակարգ
Այս քանակի հենց անվանումը ցույց է տալիս, որ մի մարմնի համար ուսումնասիրվող արժեքը կհամարվի հարաբերական մյուսի համար նմանատիպ հատկանիշի հետ: Հարաբերական խտության ρr բանաձևն ունի հետևյալ տեսքը՝
րr=ρs / ρ0.
Որտեղ ρs-ը չափված նյութի խտությունն է, ρ0 այն խտությունն է, որի նկատմամբ արժեքը ρ r-ը չափվում է : Ակնհայտորեն, ρr-ն անչափ է: Այն ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է չափված նյութը ավելի խիտ, քան ընտրված ստանդարտը:
Հեղուկների և պինդ մարմինների համար, որպես ստանդարտ ρ0 ընտրեք այս արժեքը 4 oC ջերմաստիճանի թորած ջրի համար: Հենց այս ջերմաստիճանում ջուրն ունի առավելագույն խտություն, որը հարմար արժեք է հաշվարկների համար՝ 1000 կգ/մ3 կամ 1 կգ/լ։
Գազային համակարգերի համար ընդունված է օգտագործել օդի խտությունը մթնոլորտային ճնշման և 0 ջերմաստիճանի դեպքում որպես ստանդարտ oC:
Խտության կախվածությունը ճնշումից և ջերմաստիճանից
Ուսումնասիրված արժեքը հաստատուն չէ որոշակի մարմնի համար,եթե փոխեք դրա ջերմաստիճանը կամ արտաքին ճնշումը: Այնուամենայնիվ, հեղուկներն ու պինդ մարմինները շատ իրավիճակներում չեն սեղմվում, ինչը նշանակում է, որ դրանց խտությունը մնում է անփոփոխ, երբ փոխվում է ճնշումը, ինչպես նաև ջերմաստիճանը:
Ճնշման ազդեցությունը դրսևորվում է հետևյալ կերպ՝ երբ այն մեծանում է, միջին միջատոմային և միջմոլեկուլային հեռավորությունները փոքրանում են, ինչը մեծացնում է նյութի մոլերի քանակը միավոր ծավալի վրա։ Այսպիսով, խտությունը մեծանում է: Ճնշման հստակ ազդեցություն ուսումնասիրվող բնութագրիչի վրա նկատվում է գազերի դեպքում:
Ջերմաստիճանն ունի ճնշման հակառակ ազդեցությունը։ Ջերմաստիճանի բարձրացմամբ, նյութի մասնիկների կինետիկ էներգիան մեծանում է, նրանք սկսում են ավելի ակտիվ շարժվել, ինչը հանգեցնում է նրանց միջև միջին հեռավորությունների ավելացմանը: Վերջին փաստը հանգեցնում է խտության նվազմանը։
Կրկին, այս ազդեցությունն ավելի ցայտուն է գազերի, քան հեղուկների և պինդ մարմինների համար: Այս կանոնից բացառություն կա՝ սա ջուր է։ Փորձնականորեն պարզվել է, որ ջերմաստիճանի 0-4 oС ջերմաստիճանի միջակայքում տաքացման հետ նրա խտությունը մեծանում է։
Համասեռ և անհամասեռ մարմիններ
Վերևում գրված խտության բանաձևը համապատասխանում է, այսպես կոչված, միջին ρ-ին դիտարկվող մարմնի համար։ Եթե դրա մեջ հատկացնենք ինչ-որ փոքր ծավալ, ապա հաշվարկված ρi արժեքը կարող է էապես տարբերվել նախորդ արժեքից։ Այս փաստը կապված է ծավալի վրա զանգվածի ոչ միատեսակ բաշխման առկայության հետ։ Այս դեպքում խտությունըρi կոչվում է տեղական:
Նկատի ունենալով նյութի ոչ միատեսակ բաշխման հարցը, հետաքրքիր է թվում պարզաբանել մի կետ. Երբ մենք սկսում ենք դիտարկել ատոմային մասշտաբներին մոտ տարրական ծավալ, խախտվում է միջին շարունակականության հասկացությունը, ինչը նշանակում է, որ անիմաստ է օգտագործել տեղական խտության բնութագիրը։ Հայտնի է, որ ատոմի գրեթե ողջ զանգվածը կենտրոնացած է նրա միջուկում, որի շառավիղը մոտ 10-13 մետր է։ Միջուկի խտությունը գնահատվում է հսկայական թվով։ Սա 2, 31017 կգ/մ3.
Խտության չափում
Վերևում ցույց տրվեց, որ բանաձևի համաձայն խտությունը հավասար է զանգվածի և ծավալի հարաբերությանը։ Այս փաստը թույլ է տալիս պարզել նշված բնութագիրը՝ պարզապես կշռելով մարմինը և չափելով դրա երկրաչափական պարամետրերը։
Եթե մարմնի ձևը շատ բարդ է, ապա խտության որոշման ունիվերսալ մեթոդը կլինի հիդրոստատիկ կշռումը։ Այն հիմնված է Արքիմեդյան ուժի կիրառման վրա։ Մեթոդի էությունը պարզ է. Մարմինը սկզբում կշռում են օդում, իսկ հետո՝ ջրում։ Անհայտ խտությունը հաշվարկելու համար օգտագործվում է քաշի տարբերությունը: Դա անելու համար օգտագործեք հետևյալ բանաձևը՝
ր=ρl P0 / (P0 - P l),
որտեղ P0, Pl - մարմնի քաշը օդում և հեղուկում: Համապատասխանաբար, ρl-ը հեղուկի խտությունն է։
Խտությունը որոշելու համար հիդրոստատիկ կշռման մեթոդը, ըստ լեգենդի, առաջին անգամ օգտագործվել է Սիրակուզայից մի փիլիսոփայի կողմից. Արքիմեդ. Նա կարողացավ, առանց թագի ֆիզիկական ամբողջականությունը խախտելու, պարզել, որ դրա պատրաստման համար օգտագործվել են ոչ միայն ոսկի, այլև այլ ոչ այնքան խիտ մետաղներ։
