Եկեք հոդվածում քննարկենք, թե ինչպես կարելի է գտնել խտությունը և ինչ է դա: Շատ կառույցների և տրանսպորտային միջոցների նախագծման ժամանակ հաշվի են առնվում մի շարք ֆիզիկական բնութագրեր, որոնք պետք է ունենա որոշակի նյութ: Դրանցից մեկը խտությունն է։
Զանգված և ծավալ
Վերծանեք երկու ֆիզիկական մեծությունների իմաստը, որոնք անմիջականորեն կապված են դրան. սա զանգվածն է և ծավալը: Մինչև մենք կպատասխանենք հարցին, թե ինչպես գտնել խտությունը:
Զանգվածը հատկանիշ է, որը նկարագրում է մարմինների իներցիոն հատկությունները և միմյանց նկատմամբ գրավիտացիոն ձգողություն ցուցաբերելու նրանց կարողությունը։ SI համակարգում զանգվածը չափվում է կիլոգրամներով։
Իներցիոն և գրավիտացիոն զանգվածների հասկացություններն առաջին անգամ ֆիզիկա են ներմուծել Իսահակ Նյուտոնը, երբ ձևակերպել է մեխանիկայի և համընդհանուր ձգողության օրենքները:
Ծավալը մարմնի բացառապես երկրաչափական բնութագիր է, որը քանակապես արտացոլում է նրա զբաղեցրած տարածության մասը։ Ծավալը չափվում է երկարության խորանարդ միավորներով, օրինակ՝ SI-ում՝ մետր խորանարդով:
Հայտնի ձևի մարմինների համար(զուգահեռ, գնդիկ, բուրգ) այս արժեքը կարելի է որոշել հատուկ բանաձևերով, անկանոն երկրաչափական ձև ունեցող առարկաների համար ծավալը որոշվում է հեղուկի մեջ ընկղմելով։
Ֆիզիկական քանակի խտություն
Այժմ կարող եք ուղղակիորեն անցնել այն հարցի պատասխանին, թե ինչպես գտնել խտությունը: Այս հատկանիշը որոշվում է մարմնի զանգվածի և այն զբաղեցրած ծավալի հարաբերակցությամբ, որը մաթեմատիկորեն գրված է հետևյալ կերպ՝
ρ=m/V.
Այս հավասարությունը ցույց է տալիս ρ-ի միավորները (kg/m3): Այսպիսով, խտությունը, զանգվածը և ծավալը կապված են մեկ հավասարությամբ, և ρ-ի արժեքը ցանկացած նյութի համար ցույց է տալիս դրա զանգվածի ծավալային կոնցենտրացիան։
Բերենք մի պարզ օրինակ՝ եթե ձեր ձեռքում վերցնեք նույն չափի պլաստիկ և երկաթե գնդիկներ, ապա երկրորդը կունենա շատ ավելի մեծ քաշ, քան առաջինը։ Այս փաստը պայմանավորված է երկաթի բարձր խտությամբ՝ համեմատած պլաստիկի հետ։
Բնության մեջ խտությունների հարաբերակցության հիմնական դրսևորումներից մեկը կլինի մարմինների լողացողությունը։ Եթե մարմինն ավելի ցածր խտություն ունի, քան հեղուկը, ապա այն երբեք չի խորտակվի նրա մեջ։
Նյութերի խտություն
Որոշ նյութերի խտության մասին խոսելիս նկատի ունեն պինդ մարմինները։ Գազերն ու հեղուկները նույնպես ունեն որոշակի խտություն, սակայն դրանց մասին այստեղ չենք խոսի։
Պինդ նյութերը կարող են լինել կամ բյուրեղային կամ ամորֆ: Ρ-ի արժեքը կախված է կառուցվածքից, միջատոմային հեռավորություններից և նյութերի ատոմային և մոլեկուլային զանգվածներից։ Օրինակ, բոլոր մետաղները բյուրեղներ են, իսկ ապակին կամ փայտը ունենամորֆ կառուցվածք. Ստորև բերված է փայտի տարբեր տեսակների խտության աղյուսակ։
Խնդրում ենք նկատի ունենալ, որ այս դեպքում տրված է միջին խտությունը: Իրական կյանքում յուրաքանչյուր ծառ ունի եզակի առանձնահատկություններ, այդ թվում՝ դատարկություններ, ծակոտիներ և փայտի մեջ խոնավության որոշակի տոկոսի առկայություն։
Ստորև ներկայացնում ենք ևս մեկ աղյուսակ: Դրանում գ/սմ 3 խտությունը բոլոր մաքուր քիմիական տարրերի, որոնք գտնվում են սենյակային ջերմաստիճանում, բերված են:
Աղյուսակից երևում է, որ բոլոր տարրերի խտությունն ավելի մեծ է, քան ջրի խտությունը: Բացառություն են կազմում միայն երեք մետաղները՝ լիթիումը, կալիումը և նատրիումը, որոնք չեն խորտակվում, այլ լողում են ջրի երեսին։
Ինչպե՞ս է փորձարարական չափվում խտությունը:
Իրականում կա ուսումնասիրվող բնութագիրը որոշելու երկու տեխնիկա: Առաջինն ուղղակիորեն կշռել մարմինը և չափել դրա գծային չափերը:
Եթե մարմնի երկրաչափական ձևը բարդ է, ապա կիրառվում է այսպես կոչված հիդրոստատիկ մեթոդը։
Դրա էությունը հետևյալն է՝ նախ մարմինը կշռեք օդում։ Ենթադրենք, որ ստացված քաշը եղել է P1: Դրանից հետո մարմինը կշռում են ռl հայտնի խտությամբ հեղուկի մեջ։ Թող մարմնի քաշը հեղուկում լինի P2: Այնուհետև ուսումնասիրվող նյութի ρ խտության արժեքը կլինի՝
ր=ρlP1/(P1-P 2).
Այս բանաձևը կարող է ստանալ յուրաքանչյուր ուսանող ինքնուրույն, եթե նա հաշվի առնի Արքիմեդի օրենքը.նկարագրված դեպքի համար։
Պատմականորեն ենթադրվում է, որ առաջին անգամ հիդրոստատիկ կշռումը օգտագործվել է հույն փիլիսոփա Արքիմեդի կողմից՝ կեղծ ոսկե թագը որոշելու համար: Առաջին հիդրոստատիկ մնացորդները հայտնագործվել են Գալիլեո Գալիլեյի կողմից 16-րդ դարի վերջին։ Ներկայումս էլեկտրոնային պիկնոմետրերը և խտության հաշվիչները լայնորեն օգտագործվում են հեղուկների, պինդ մարմինների և գազերի մեջ ρ-ի արժեքը փորձարարականորեն որոշելու համար:
Խտության տեսական սահմանում
Հարցը, թե ինչպես գտնել խտությունը փորձարարորեն, քննարկվեց վերևում: Այնուամենայնիվ, անհայտ նյութի այս ρ-ը տեսականորեն կարելի է գտնել: Դրա համար անհրաժեշտ է իմանալ բյուրեղային ցանցի տեսակը, այս ցանցի պարամետրերը, ինչպես նաև այն կազմող ատոմների զանգվածը։ Քանի որ ցանկացած տարրական բյուրեղյա վանդակ ունի որոշակի երկրաչափական ձև, հեշտ է գտնել դրա ծավալը որոշելու բանաձև:
Եթե բյուրեղային նյութը բաղկացած է մի քանի քիմիական տարրերից, ինչպիսիք են մետաղական համաձուլվածքները, ապա դրա միջին խտությունը կարող է որոշվել հետևյալ պարզ բանաձևով.
ρ=∑mi/∑(mi/ρi):
Որտեղ mi, ρi համապատասխանաբար i-րդ բաղադրիչի զանգվածն ու խտությունն են:
Եթե նյութն ունի ամորֆ կառուցվածք, ապա տեսականորեն հնարավոր չի լինի ճշգրիտ որոշել դրա խտությունը, և պետք է օգտագործել փորձարարական տեխնիկա:
