Materijos tankio formulė. Santykinio tankio formulės

2024 Autorius: Angel Austin | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-02 17:51

Mokiniai, susipažinę su fizikos medžiagų masės ir tūrio samprata, tiria svarbią bet kurio kūno savybę, vadinamą tankiu. Žemiau esantis straipsnis skirtas šiai vertei. Toliau pateikiami tankio fizinės reikšmės klausimai. Taip pat pateikiama tankio formulė. Aprašyti jo eksperimentinio matavimo metodai.

Tankio sąvoka

Pradėkime straipsnį nuo tiesioginio medžiagos tankio formulės įrašymo. Tai atrodo taip:

ρ=m / V.

Čia m yra svarstomo kūno masė. Jis išreiškiamas SI sistemoje kilogramais. Užduotyse ir praktikoje taip pat galite rasti kitus jo matavimo vienetus, pavyzdžiui, gramus arba tonas.

Simbolis V formulėje žymi tūrį, apibūdinantį geometrinius kūno parametrus. Jis matuojamas SI kubiniais metrais, tačiau taip pat naudojami kubiniai kilometrai, litrai, mililitrai ir kt.

Tankio formulė parodo, kokia medžiagos masė yra vieneteapimtis. Naudojant ρ reikšmę, galima įvertinti, kuris iš dviejų kūnų turės didesnį svorį esant vienodam tūriui, arba kuris iš dviejų kūnų turės didesnį tūrį esant vienodoms masėms. Pavyzdžiui, mediena yra mažiau tanki nei geležis. Todėl esant vienodam šių medžiagų kiekiui, geležies masė gerokai viršys tą pačią medžio reikšmę.

Santykinio tankio sąvoka

Pats šio dydžio pavadinimas rodo, kad vieno kūno tiriamoji vertė bus vertinama atsižvelgiant į kito kūno panašią charakteristiką. Santykinio tankio formulė ρ_{r atrodo taip:}

ρ_r=ρ_s / ρ_0.

Kur ρ_s yra išmatuotos medžiagos tankis, ρ₀ yra tankis, pagal kurį vertė ρ _{r matuojamas} . Akivaizdu, kad ρ_{r yra be matmenų. Tai rodo, kiek kartų išmatuota medžiaga yra tankesnė už pasirinktą standartą.}

Skystams ir kietoms medžiagoms standartiškai ρ₀ pasirinkite šią vertę distiliuotam vandeniui, kurio temperatūra yra 4 ^oC. Būtent tokioje temperatūroje vandens tankis yra didžiausias, o tai yra patogi reikšmė skaičiuojant - 1000 kg/m^{3 arba 1 kg/l.}

Dujų sistemose įprasta naudoti oro tankį esant atmosferos slėgiui ir 0 temperatūrai kaip standartą oC.

Tankio priklausomybė nuo slėgio ir temperatūros

Tirta vertė nėra pastovi tam tikram kūnui,jei pakeisite jo temperatūrą arba išorinį slėgį. Tačiau skysčiai ir kietosios medžiagos daugeliu atvejų yra nesuspaudžiami, o tai reiškia, kad jų tankis išlieka pastovus kintant slėgiui ir temperatūrai.

Slėgio įtaka pasireiškia taip: jam didėjant, mažėja vidutiniai tarpatominiai ir tarpmolekuliniai atstumai, todėl didėja medžiagos molių skaičius tūrio vienete. Taigi tankis didėja. Dujų atveju pastebima aiški slėgio įtaka tiriamai charakteristikai.

Temperatūra turi priešingą poveikį nei slėgis. Kylant temperatūrai, didėja medžiagų dalelių kinetinė energija, jos pradeda aktyviau judėti, todėl didėja vidutiniai atstumai tarp jų. Pastarasis faktas lemia tankio sumažėjimą.

Vėlgi, šis poveikis yra ryškesnis dujoms nei skysčiams ir kietoms medžiagoms. Yra šios taisyklės išimtis – tai vanduo. Eksperimentiškai nustatyta, kad temperatūros diapazone 0-4 oС jo tankis didėja kaitinant.

Vienarūšiai ir nehomogeniški kūnai

Aukščiau parašyta tankio formulė atitinka vadinamąjį nagrinėjamojo kūno vidutinį ρ. Jei paskirsime tam nedidelį tūrį, tada apskaičiuota reikšmė ρ_i gali labai skirtis nuo ankstesnės reikšmės. Šis faktas yra susijęs su netolygiu masės pasiskirstymu pagal tūrį. Šiuo atveju tankisρ_{i vadinamas vietiniu.}

Atsižvelgiant į nevienodo materijos pasiskirstymo klausimą, atrodo įdomu išsiaiškinti vieną dalyką. Kai pradedame svarstyti elementarų tūrį, artimą atominėms skalėms, pažeidžiama vidutinio tęstinumo samprata, o tai reiškia, kad nėra prasmės naudoti vietinio tankio charakteristiką. Yra žinoma, kad beveik visa atomo masė yra sutelkta jo branduolyje, kurio spindulys yra apie 10^-13 metrų. Šerdies tankis įvertinamas didžiuliu skaičiumi. Tai yra 2, 310¹⁷ kg/m^3.

Tankio matavimas

Aukščiau buvo parodyta, kad pagal formulę tankis yra lygus masės ir tūrio santykiui. Šis faktas leidžia mums nustatyti nurodytą charakteristiką tiesiog pasveriant kūną ir išmatuojant jo geometrinius parametrus.

Jei kūno forma labai sudėtinga, universalus tankio nustatymo metodas bus hidrostatinis svėrimas. Jis pagrįstas Archimedo jėgos panaudojimu. Metodo esmė paprasta. Kūnas iš pradžių pasveriamas ore, o paskui vandenyje. Svorio skirtumas naudojamas nežinomam tankiui apskaičiuoti. Norėdami tai padaryti, naudokite šią formulę:

ρ=ρ_l P₀ / (P₀ - P l_),

kur P₀, P_l - kūno svoris ore ir skystyje. Atitinkamai, ρ_{l yra skysčio tankis.}

Hidrostatinio svėrimo metodą tankiui nustatyti, pasak legendos, pirmasis panaudojo filosofas iš SirakūzųArchimedas. Jis, nepažeisdamas fizinio vainiko vientisumo, sugebėjo nustatyti, kad jai gaminti buvo naudojamas ne tik auksas, bet ir kiti ne tokie tankūs metalai.