Як розрахувати складову щільність

Зміст

• Визначена щільність
• Принцип Архімеда
• Маса, об'єм та щільність: перетворення та цікаві дані
• Нерівномірний і рівномірний розподіл маси
• Щільність композиційних матеріалів
• Модуль пружності

Маса та щільність - разом із обсягом - концепція, що пов'язує ці дві величини, фізично та математично, - це два найбільш фундаментальних поняття фізичної науки.Незважаючи на це, і незважаючи на те, що маса, густота, об'єм і вага беруть участь у незліченних мільйонах розрахунків по всьому світу щодня, багато людей легко плутають ці кількості.

Щільність, яка як у фізичному, так і в повсякденному відношенні просто позначає концентрацію чогось у заданому просторі, зазвичай означає "щільність маси", і, таким чином, вона посилається на кількість речовини на одиницю об'єму. Численні хибні уявлення мають велику кількість відносних відносин між щільністю та вагою. Вони зрозумілі та зрозумілі для більшості з оглядом, таким як цей.

Крім того, концепція о композитна щільність важливо. Багато матеріалів, природним чином, складаються із суміші, елементів або структурних молекул, або виготовляються із них, кожна зі своєю щільністю. Якщо ви знаєте співвідношення окремих матеріалів один до одного в предметі, що цікавить, і ви можете шукати вгору або іншим чином з'ясувати їх окремі щільності, то ви можете визначити складову щільність матеріалу в цілому.

Визначена щільність

Щільність присвоюється грецькою літерою rho (ρ) і просто маса чогось, поділена на її загальний об'єм:

ρ = m / V

СІ (стандартні міжнародні) одиниці - кг / м³, оскільки кілограми та метри є базовими одиницями СІ для маси та переміщення ("відстань") відповідно. Однак у багатьох ситуаціях реальної життєдіяльності грам на мілілітр або г / мл є більш зручною одиницею. Один мл = 1 кубічний сантиметр (куб. См).

Форма предмета з заданим об'ємом і масою не впливає на його щільність, навіть якщо це може впливати на механічні властивості предметів. Аналогічно, два об'єкти однакової форми (а отже, і об'єму) і маси завжди мають однакову щільність, незалежно від розподілу цієї маси.

Суцільна сфера маси М і радіус R з її масою рівномірно розподіляється по всій сфері і міцною сферою маси М і радіус R при цьому його маса майже повністю зосереджена в тонкій зовнішній «оболонці» має однакову щільність.

Щільність води (Н₂O) при кімнатній температурі та атмосферному тиску визначають рівно 1 г / мл (або еквівалентно 1 кг / л).

Принцип Архімеда

За часів Стародавньої Греції Архімед досить геніально довів, що коли предмет занурений у воду (або будь-яку рідину), сила, яку він відчуває, дорівнює масі води, витісненої в рази гравітації (тобто вазі води). Це призводить до математичного вираження

м_obj - м_{додаток} = ρ_етV_obj

Словом, це означає, що різниця між вимірюваною масою предметів та його видимою масою при зануренні, поділена на щільність рідини, дає об’єм зануреного об’єкта. Цей об'єм легко розпізнається, коли об’єкт є об'єктом регулярної форми, таким як сфера, але рівняння стане в нагоді для обчислення обсягів предметів дивної форми.

Маса, об'єм та щільність: перетворення та цікаві дані

A L - 1000 куб. См = 1000 мл. Прискорення внаслідок сили тяжіння біля поверхні Землі є г = 9,80 м / с².

Тому що 1 L = 1000 куб. См ((10 см × 10 см × 10 см) = (0,1 м × 0,1 м × 0,1 м) = 10^-3 м³, в кубічному метрі є 1000 літрів. Це означає, що безмасовий кубоподібний контейнер на 1 м з кожного боку міг вмістити 1000 кг = 2 204 пудів води, що перевищує тонну. Пам’ятайте, метр - це лише близько трьох з чверть футів; вода, можливо, "густіша", ніж ви думали!

Нерівномірний і рівномірний розподіл маси

Більшість об’єктів у світі природи мають свою масу нерівномірно по всій площі, яку вони займають. Ваше власне тіло - приклад; Ви можете визначити свою масу з відносною легкістю, використовуючи повсякденний масштаб, і якби у вас було потрібне обладнання, ви могли б визначити об'єм своїх тіл, занурившись у ванну з водою та застосувавши принцип Архімеда.

Але ви знаєте, що деякі частини набагато щільніші, ніж інші (наприклад, кістка проти жиру), тому є локальна варіація по щільності.

Деякі об'єкти можуть мати рівномірний склад, отже рівномірна щільність, незважаючи на те, що вони виготовлені з двох або більше елементів або сполук. Це може відбуватися природним чином у вигляді певних полімерів, але це, ймовірно, є наслідком стратегічного процесу виготовлення, наприклад, вуглепластикових рамок велосипедів.

Це означає, що, на відміну від людського тіла, ви отримали б зразок матеріалу однакової щільності, незалежно від того, де ви знаходитесь в об'єкті, який ви його видобули, або наскільки він малий. У рецептурному плані він "повністю змішаний".

Щільність композиційних матеріалів

Проста щільність маси композиційні матеріалиабо матеріали, виготовлені з двох або більше різних матеріалів з відомою індивідуальною щільністю, можуть бути розроблені за допомогою простого процесу.

Наприклад, скажімо, що вам дають 100 мл рідини, яка становить 40 відсотків води, 30 відсотків ртуті та 30 відсотків бензину. Яка щільність суміші?

Вам відомо, що для води ρ = 1,0 г / мл Звернувшись до таблиці, ви виявите, що ρ = 13,5 г / мл для ртуті та ρ = 0,66 г / мл для бензину. (Для запису це призведе до дуже токсичного продукту.) Після процедури, описаної вище:

(0,40) (1,0) + (0,30) (13,5) + (0,30) (0,66) = 4,65 г / мл

Висока щільність внеску ртуті збільшує загальну густину суміші набагато вище щільності води або бензину.

Модуль пружності

У деяких випадках, на відміну від попередньої ситуації, коли шукається лише справжня щільність, правило суміші для композитів частинок означає щось інше. Це інженерна проблема, яка пов'язує загальну стійкість до напруги лінійної конструкції, такої як промінь, до опору її окремих клітковина і матриця складові, оскільки такі об'єкти часто є стратегічно розробленими, щоб відповідати певним вимогам до несучої.

Це часто виражається через параметр, відомий як модуль пружності Е (також називається Модуль молодихабо модуль пружності). Розрахунок модуля пружності композиційних матеріалів досить просто з алгебраїчної точки зору. Спочатку знайдіть окремі значення для Е таблиці в такій, як та в Ресурсах. З обсягами V кожного компонента у вибраному зразку відомо, використовуйте співвідношення

Е_С = Е_Ж V_Ж + Е_М V_М ,

Де Е_С є модулем суміші та атрибутів Ж і М стосуються компонентів волокна та матриці відповідно.