Considérons dans l'article comment trouver la densité et ce qu'elle est. Dans la conception de nombreuses structures et véhicules, un certain nombre de caractéristiques physiques sont prises en compte qu'un matériau particulier doit avoir. L'un d'eux est la densité.
Masse et volume
Déchiffrez la signification de deux grandeurs physiques qui lui sont directement liées - il s'agit de la masse et du volume. Avant de répondre à la question comment trouver la densité.
La masse est une caractéristique qui décrit les propriétés d'inertie des corps et leur capacité à exercer une attraction gravitationnelle les uns sur les autres. La masse est mesurée en kilogrammes dans le système SI.
Les concepts de masses inertielles et gravitationnelles ont été introduits pour la première fois en physique par Isaac Newton lors de la formulation des lois de la mécanique et de la gravitation universelle.
Le volume est une caractéristique exclusivement géométrique du corps, qui reflète quantitativement la partie de l'espace qu'il occupe. Le volume est mesuré en unités cubes de longueur, par exemple, en SI, il s'agit de mètres cubes.
Pour les corps de forme connue(parallélépipède, boule, pyramide) cette valeur peut être déterminée par des formules spéciales, pour les objets de forme géométrique irrégulière, le volume est déterminé en les immergeant dans un liquide.
Densité de quantité physique
Maintenant, vous pouvez accéder directement à la réponse à la question de savoir comment trouver la densité. Cette caractéristique est déterminée par le rapport de la masse corporelle au volume qu'elle occupe, qui s'écrit mathématiquement comme suit:
ρ=m/V.
Cette égalité montre les unités de ρ (kg/m3). Ainsi, la densité, la masse et le volume sont liés par une seule égalité, et la valeur de ρ pour tout matériau indique la concentration volumique de sa masse.
Donnons un exemple simple: si vous prenez des boules en plastique et en fer de la même taille dans votre main, la seconde aura beaucoup plus de poids que la première. Ce fait est dû à la densité élevée du fer par rapport à celle du plastique.
L'une des principales manifestations du rapport des densités dans la nature sera la flottabilité des corps. Si le corps a une densité inférieure à celle du liquide, il ne coulera jamais dedans.
Densité des matériaux
Quand on parle de densité de certains matériaux, on parle de solides. Les gaz et les liquides ont aussi une certaine densité, mais nous n'en parlerons pas ici.
Les matériaux solides peuvent être cristallins ou amorphes. La valeur de ρ dépend de la structure, des distances interatomiques et des masses atomiques et moléculaires des matériaux. Par exemple, tous les métaux sont des cristaux, et le verre ou le bois ontstructure amorphe. Vous trouverez ci-dessous un tableau de la densité des différents types de bois.
Veuillez noter que dans ce cas, la densité moyenne est donnée. Dans la vraie vie, chaque arbre a des caractéristiques uniques, notamment des vides, des pores et la présence d'un certain pourcentage d'humidité dans le bois.
Ci-dessous se trouve un autre tableau. Dans ce document, en g/cm3les densités de tous les éléments chimiques purs qui sont à température ambiante sont données.
Il ressort du tableau que tous les éléments ont une densité supérieure à celle de l'eau. L'exception est seulement trois métaux - le lithium, le potassium et le sodium, qui ne coulent pas, mais flottent à la surface de l'eau.
Comment la densité est-elle mesurée expérimentalement ?
En fait, il existe deux techniques pour déterminer la caractéristique étudiée. La première consiste à peser directement le corps et à mesurer ses dimensions linéaires.
Si la forme géométrique du corps est complexe, la méthode dite hydrostatique est utilisée.
Son essence est la suivante: pesez d'abord le corps dans les airs. Supposons que le poids résultant était P1. Après cela, le corps est pesé dans un liquide de densité connue ρl. Soit le poids du corps dans le liquide P2. Alors la valeur de la densité ρ du matériau étudié sera:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Cette formule peut être obtenue par chaque étudiant seul s'il considère la loi d'Archimèdepour le cas décrit.
Historiquement, on pense que pour la première fois la pesée hydrostatique a été utilisée par le philosophe grec Archimède pour déterminer la fausse couronne en or. Les premières balances hydrostatiques ont été inventées par Galileo Galilei à la fin du XVIe siècle. Actuellement, les pycnomètres électroniques et les densimètres sont largement utilisés pour déterminer expérimentalement la valeur de ρ dans les liquides, les solides et les gaz.
Définition théorique de la densité
La question de savoir comment trouver la densité expérimentalement a été discutée ci-dessus. Cependant, ce ρ d'un matériau inconnu peut être trouvé théoriquement. Pour ce faire, il est nécessaire de connaître le type de réseau cristallin, les paramètres de ce réseau, ainsi que la masse des atomes le constituant. Étant donné que tout réseau cristallin élémentaire a une certaine forme géométrique, il est facile de trouver une formule pour déterminer son volume.
Si un matériau cristallin est constitué de plusieurs éléments chimiques, tels que des alliages métalliques, sa densité moyenne peut être déterminée par la formule simple suivante:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Où mi, ρi sont respectivement la masse et la densité du i-ème composant.
Si le matériau a une structure amorphe, il ne sera théoriquement pas possible de déterminer avec précision sa densité et des techniques expérimentales doivent être utilisées.
