Υπολογισμός της πυκνότητας των ακανόνιστων στερεών

Ο πυκνότητα είναι μια ποσότητα που σχετίζεται με τη μάζα και τον όγκο ενός δεδομένου υλικού.
Δίνεται από τον τύπο: πυκνότητα = ζυμαρικά ή δ = Μ
τόμος v

Η μονάδα πυκνότητας στο Διεθνές Σύστημα είναι kg / m³, αλλά σε καθημερινούς υπολογισμούς χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες μονάδες: g / εκ³, g / ml και g / Λ.

Έτσι, για τον υπολογισμό της πυκνότητας του νερού, για παράδειγμα, αρκεί να το τοποθετήσετε σε ένα ποτήρι και να μετρήσετε τον όγκο του. Στη συνέχεια ζυγίζουμε αυτό το ποτήρι με το νερό και το μειώνουμε με τη μάζα του ποτηριού, ανακαλύπτοντας τη μάζα του νερού. Τότε, απλώς διαιρέστε τον με τον όγκο που καταλαμβάνει.

Για τακτικά στερεά όπως ένας κύβος, η μέτρηση της μάζας είναι επίσης εύκολη, καθώς την τοποθετείτε σε κλίμακα. Ο τόμος ακολουθεί συγκεκριμένους μαθηματικούς τύπους που πρέπει να υπολογιστούν μόνο. Για παράδειγμα, στην περίπτωση ενός κύβου, πολλαπλασιάστε το ύψος του με το μήκος και το πλάτος του για να βρείτε τον όγκο του. Στη συνέχεια το αντικαταστήσαμε στον τύπο πυκνότητας.

Ωστόσο, όταν πρόκειται για ακανόνιστα στερεά (που δεν έχουν καθορισμένο γεωμετρικό σχήμα), δεν υπάρχουν μαθηματικοί τύποι για τον υπολογισμό του όγκου τους. Άρα, τίθεται το ερώτημα:

πώς να υπολογίσετε την πυκνότητα των ακανόνιστων στερεών;

Ο Έλληνας μαθηματικός Αρχιμήδης αντιμετώπισε αυτό το ερώτημα τον τρίτο αιώνα π.Χ. ΝΤΟ. Η ιστορία λέει ότι ο βασιλιάς τον διέταξε να ανακαλύψει αν το στέμμα του ήταν πραγματικά κατασκευασμένο από χρυσό. Ο Αρχιμήδης γνώριζε ότι ήταν αρκετό να συγκρίνουμε απλώς την πυκνότητα του στέμματος με την πυκνότητα του χρυσού, καθώς η πυκνότητα είναι μια εντατική ιδιότητα, δηλαδή δεν εξαρτάται από την ποσότητα του δείγματος. Η πυκνότητα ενός παγάκι, για παράδειγμα, είναι ακριβώς η ίδια με αυτή του a παγόβουνο. Αλλά το πρόβλημα ήταν να προσδιοριστεί ο όγκος και, κατά συνέπεια, η πυκνότητα της κορώνας, καθώς δεν είχε κανονικό σχήμα.

Μια μέρα, όταν μπήκε σε μπανιέρα για ντους, ο Αρχιμήδης παρατήρησε ότι η στάθμη του νερού ανέβαινε. Εκείνη τη στιγμή είχε μια λαμπρή ιδέα και ήταν τόσο ενθουσιασμένος που έτρεξε γυμνός στους δρόμους και φωνάζοντας τη διάσημη λέξη:Εύρηκα!

Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση.)

Απεικόνιση του Αρχιμήδη και της ανακάλυψής του

Έτσι ανακαλύφθηκε το Αρχή του Αρχιμήδη, που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του όγκου των ακανόνιστων στερεών. Αυτή η αρχή υποδηλώνει τα ακόλουθα: μετράμε μια ορισμένη ποσότητα νερού σε ένα ποτήρι, στη συνέχεια προσθέτουμε το ακανόνιστο στερεό και παρατηρούμε τη μεταβολή του όγκου που έχει υποστεί το νερό και αυτό είναι: Αυτή η διακύμανση του όγκου του νερού είναι ακριβώς ο όγκος του στερεού!

Η Αρχή του Αρχιμήδη χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του όγκου των ακανόνιστων στερεών

Εάν γίνει ευκολότερο, αντί να κοιτάζετε απλώς τη μέτρηση του ποτηριού για τη μεταβολή του όγκου, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα σωληνάριο ξεχείλισμα, το οποίο έχει ένα μέρος που επιτρέπει στο νερό να ρέει έξω από τον κύλινδρο όταν προστίθεται το ακανόνιστο αντικείμενο. Η αφήνοντας νερό μετράται ξεχωριστά.

Σημειώστε στην παραπάνω εικόνα ότι ο Αρχιμήδης μέτρησε τον όγκο μιας γραμμής χρυσός καθαρό που είχε την ίδια μάζα με το στέμμα και υπολόγισε την πυκνότητά του (19,3 g / mL ή g / cm³) και έκανε το ίδιο με το στέμμα. Σημειώστε ότι ο όγκος του νερού και συνεπώς ο όγκος της κορώνας και της ράβδου χρυσού δεν ήταν ίδιος. Αυτό σήμαινε ότι, στην πραγματικότητα, το στέμμα δεν ήταν καθαρός χρυσός, ήταν στην πραγματικότητα ένα κράμα.

Ακόμη και σήμερα αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό πολύτιμων υλικών, όπως κοσμήματα. Εάν η πυκνότητα ενός κοσμήματος που κατασκευάζεται με μεταλλικό κράμα είναι πάνω από 14g / mL, αυτό υποδηλώνει ότι είναι ένα χρυσό κομμάτι τουλάχιστον 18 καρατίων, κατασκευασμένο από περίπου 75% χρυσό, 13% ασήμι και 12% χαλκός.

* Εικόνα με πνευματικά δικαιώματα: νεφθαλική / Shutterstock.com.

Από την Jennifer Fogaça
Αποφοίτησε στη Χημεία

Θα θέλατε να αναφέρετε αυτό το κείμενο σε σχολείο ή ακαδημαϊκό έργο; Κοίτα:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Υπολογισμός της πυκνότητας των ακανόνιστων στερεών" · Σχολείο της Βραζιλίας. Διαθέσιμο σε: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-densidade-solidos-irregulares.htm. Πρόσβαση στις 27 Ιουνίου 2021.