Mari kita pertimbangkan dalam artikel bagaimana menemukan kepadatan, dan apa itu. Dalam desain banyak struktur dan kendaraan, sejumlah karakteristik fisik diperhitungkan yang harus dimiliki oleh bahan tertentu. Salah satunya adalah kepadatan.
Masa dan volume
Menguraikan arti dari dua besaran fisika yang berhubungan langsung dengannya - ini adalah massa dan volume. Sebelum kita menjawab pertanyaan bagaimana mencari massa jenis.
Massa adalah karakteristik yang menggambarkan sifat inersia benda dan kemampuannya untuk menunjukkan gaya tarik gravitasi satu sama lain. Massa diukur dalam kilogram dalam sistem SI.
Konsep massa inersia dan gravitasi pertama kali diperkenalkan ke dalam fisika oleh Isaac Newton ketika merumuskan hukum mekanika dan gravitasi universal.
Volume adalah karakteristik geometris eksklusif dari tubuh, yang secara kuantitatif mencerminkan bagian dari ruang yang ditempatinya. Volume diukur dalam satuan panjang kubik, misalnya dalam SI adalah meter kubik.
Untuk tubuh dengan bentuk yang diketahui(sejajar, bola, piramida) nilai ini dapat ditentukan dengan rumus khusus, untuk benda-benda yang bentuk geometrisnya tidak beraturan, volumenya ditentukan dengan merendamnya dalam cairan.
Kerapatan besaran fisis
Sekarang Anda dapat langsung menuju jawaban atas pertanyaan bagaimana menemukan kerapatan. Karakteristik ini ditentukan oleh rasio massa tubuh dengan volume yang ditempati, yang secara matematis ditulis sebagai berikut:
ρ=m/V.
Kesamaan ini menunjukkan satuan (kg/m3). Jadi, kerapatan, massa, dan volume dihubungkan oleh persamaan tunggal, dan nilai untuk setiap bahan menunjukkan konsentrasi volume massanya.
Mari kita beri contoh sederhana: jika Anda mengambil bola plastik dan besi dengan ukuran yang sama di tangan Anda, maka yang kedua akan lebih berat daripada yang pertama. Fakta ini disebabkan oleh kepadatan besi yang lebih tinggi dibandingkan plastik.
Salah satu manifestasi utama dari rasio kepadatan di alam adalah daya apung benda. Jika benda memiliki massa jenis yang lebih rendah daripada zat cair, maka benda itu tidak akan pernah tenggelam di dalamnya.
Kepadatan bahan
Bila berbicara tentang massa jenis bahan tertentu, itu berarti padatan. Gas dan cairan juga memiliki kerapatan tertentu, tetapi kita tidak akan membicarakannya di sini.
Bahan padat dapat berupa kristal atau amorf. Nilai tergantung pada struktur, jarak antar atom, dan massa atom dan molekul bahan. Misalnya, semua logam adalah kristal, dan kaca atau kayu memilikistruktur amorf. Di bawah ini adalah tabel kepadatan berbagai jenis kayu.
Harap dicatat bahwa dalam hal ini kepadatan rata-rata diberikan. Dalam kehidupan nyata, setiap pohon memiliki fitur unik, termasuk rongga, pori-pori, dan keberadaan persentase tertentu dari kelembaban di dalam kayu.
Di bawah ini adalah tabel lainnya. Di dalamnya, dalam g/cm3densitas semua unsur kimia murni yang berada pada suhu kamar diberikan.
Dapat dilihat dari tabel bahwa semua elemen memiliki massa jenis yang lebih besar daripada air. Pengecualian hanya tiga logam - litium, kalium dan natrium, yang tidak tenggelam, tetapi mengapung di permukaan air.
Bagaimana kepadatan diukur secara eksperimental?
Sebenarnya ada dua teknik untuk menentukan karakteristik yang diteliti. Yang pertama adalah menimbang tubuh secara langsung dan mengukur dimensi liniernya.
Jika bentuk geometris benda itu kompleks, maka metode yang disebut hidrostatik digunakan.
Esensinya adalah sebagai berikut: pertama-tama timbang tubuh di udara. Mari kita asumsikan bahwa bobot yang dihasilkan adalah P1. Setelah itu, tubuh ditimbang dalam cairan dengan kepadatan yang diketahui l. Biarkan berat tubuh dalam cairan menjadi P2. Maka nilai densitas bahan yang diteliti akan menjadi:
ρ=lP1/(P1-P 2).
Rumus ini dapat diperoleh oleh setiap siswa sendiri jika dia mempertimbangkan hukum Archimedesuntuk kasus yang dijelaskan.
Secara historis, diyakini bahwa untuk pertama kalinya penimbangan hidrostatik digunakan oleh filsuf Yunani Archimedes untuk menentukan mahkota emas palsu. Neraca hidrostatik pertama ditemukan oleh Galileo Galilei pada akhir abad ke-16. Saat ini, piknometer elektronik dan pengukur massa jenis banyak digunakan untuk eksperimen menentukan nilai dalam cairan, padatan dan gas.
Definisi teoritis kerapatan
Pertanyaan tentang bagaimana menemukan kepadatan secara eksperimental telah dibahas di atas. Namun, dari bahan yang tidak diketahui ini dapat ditemukan secara teoritis. Untuk melakukan ini, perlu diketahui jenis kisi kristal, parameter kisi ini, serta massa atom yang membentuknya. Karena setiap kisi kristal dasar memiliki bentuk geometris tertentu, mudah untuk menemukan rumus untuk menentukan volumenya.
Jika bahan kristal terdiri dari beberapa unsur kimia, seperti paduan logam, maka kerapatan rata-ratanya dapat ditentukan dengan rumus sederhana berikut:
ρ=mi/∑(mi/ρi).
Di mana mi, i berturut-turut adalah massa dan kerapatan komponen ke-i.
Jika material memiliki struktur amorf, maka secara teoritis tidak mungkin untuk menentukan kerapatannya secara akurat, dan teknik eksperimental harus digunakan.
