Obliczanie gęstości nieregularnych ciał stałych

TEN gęstość to wielkość, która odnosi się do masy i objętości danego materiału.
Wyraża się wzorem: gęstość = makaron lub d = m
objętość v

Jednostką gęstości w systemie międzynarodowym jest kg/m³, ale w codziennych obliczeniach używane są również następujące jednostki: g/cm³, g/ml i g/L.

Tak więc przy obliczaniu gęstości wody wystarczy na przykład umieścić ją w zlewce i zmierzyć jej objętość. Następnie ważymy tę zlewkę z wodą i zmniejszamy ją o masę zlewki, odkrywając masę wody. Następnie podziel go przez objętość, którą zajmuje.

W przypadku zwykłych ciał stałych, takich jak sześcian, pomiar masy jest również łatwy, ponieważ po prostu umieszczasz ją na wadze. Objętość jest zgodna z określonymi wzorami matematycznymi, które należy tylko obliczyć. Na przykład w przypadku sześcianu wystarczy pomnożyć jego wysokość przez długość i szerokość, aby znaleźć jego objętość. Następnie podstawiliśmy go do wzoru na gęstość.

Natomiast w przypadku brył nieregularnych (które nie mają określonego kształtu geometrycznego) nie ma matematycznych wzorów na obliczenie ich objętości. Powstaje więc pytanie:

jak obliczyć gęstość nieregularnych ciał stałych?

Grecki matematyk Archimedes stanął przed tym pytaniem w III wieku p.n.e. DO. Historia głosi, że król kazał mu dowiedzieć się, czy jego korona naprawdę była wykonana ze złota. Archimedes wiedział, że wystarczy po prostu porównać gęstość korony z gęstością złota, ponieważ gęstość jest właściwością intensywną, to znaczy nie zależy od ilości próbki. Na przykład gęstość kostki lodu jest dokładnie taka sama jak gęstość a góra lodowa. Problem polegał jednak na określeniu objętości, a co za tym idzie gęstości korony, ponieważ nie miała ona regularnego kształtu.

Pewnego dnia, kiedy wszedł do wanny, żeby wziąć prysznic, Archimedes zauważył, że poziom wody się podnosi. W tym momencie wpadł na genialny pomysł i był tak podekscytowany, że biegał nago po ulicach i wykrzykiwał słynne słowo:Eureko!

Teraz nie przestawaj... Po reklamie jest więcej ;)

Ilustracja Archimedesa i jego odkrycia

W ten sposób odkryto Zasada Archimedesa, który służy do pomiaru objętości nieregularnych ciał stałych. Ta zasada sugeruje, co następuje: odmierzamy pewną ilość wody w zlewce, następnie dodajemy nieregularną bryłę i obserwujemy zmianę objętości, jaką przeszła woda, i to wszystko: ta zmiana objętości wody jest dokładnie taką samą objętością ciała stałego!

Zasada Archimedesa służy do pomiaru objętości nieregularnych ciał stałych

Jeśli stanie się to łatwiejsze, zamiast po prostu patrzeć w pomiarze zlewki pod kątem zmiany objętości, możesz użyć rurki z przelewowy, który ma część umożliwiającą wypływ wody z cylindra po dodaniu nieregularnego przedmiotu. Woda wypływająca jest mierzona osobno.

Zauważ na powyższym rysunku, że Archimedes zmierzył objętość sztabki o złoto czysty, który miał taką samą masę jak korona i obliczył jej gęstość (19,3 g/mL lub g/cm³) i zrobił to samo z koroną. Zauważ, że objętość wody, a tym samym objętość korony i sztabki złota nie były takie same. Oznaczało to, że w rzeczywistości korona nie była czystym złotem, w rzeczywistości była stop.

Do dziś metodą tę stosuje się do identyfikacji cennych materiałów, takich jak biżuteria. Jeśli gęstość klejnotu wykonanego ze stopu metalicznego przekracza 14 g/ml, oznacza to, że jest that sztukę złota o masie co najmniej 18 karatów, wykonaną z ok. 75% złota, 13% srebra i 12% miedź.

*Obraz z prawami autorskimi: neftalij / Shutterstock.com.

Jennifer Fogaça
Absolwent chemii

Czy chciałbyś odnieść się do tego tekstu w pracy szkolnej lub naukowej? Popatrz:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. „Obliczanie gęstości nieregularnych ciał stałych”; Brazylia Szkoła. Dostępne w: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-densidade-solidos-irregulares.htm. Dostęp 27 czerwca 2021 r.