Straipsnyje apsvarstykime, kaip rasti tankį ir kas tai yra. Projektuojant daugelį konstrukcijų ir transporto priemonių, atsižvelgiama į daugybę fizinių savybių, kurias turi turėti tam tikra medžiaga. Vienas iš jų yra tankis.
Masė ir tūris
Iššifruokite dviejų su juo tiesiogiai susijusių fizikinių dydžių reikšmę – tai masė ir tūris. Prieš atsakydami į klausimą, kaip rasti tankį.
Masė – tai charakteristika, apibūdinanti kūnų inercines savybes ir jų gebėjimą parodyti gravitacinį potraukį vienas kitam. Masė matuojama kilogramais SI sistemoje.
Inercinių ir gravitacinių masių sąvokas į fiziką pirmasis įvedė Isaacas Newtonas, formuluodamas mechanikos ir visuotinės gravitacijos dėsnius.
Tūris yra išskirtinai geometrinė kūno charakteristika, kuri kiekybiškai atspindi jo užimamą erdvės dalį. Tūris matuojamas kubiniais ilgio vienetais, pavyzdžiui, SI – kubiniais metrais.
Žinomos formos kūnams(lygiagretainis vamzdis, rutulys, piramidė) šią reikšmę galima nustatyti specialiomis formulėmis, netaisyklingos geometrinės formos objektams tūris nustatomas panardinant juos į skystį.
Fizikinio dydžio tankis
Dabar galite pereiti tiesiai prie atsakymo į klausimą, kaip rasti tankį. Ši charakteristika nustatoma pagal kūno masės ir jos užimamo tūrio santykį, kuris matematiškai parašytas taip:
ρ=m/V.
Ši lygybė rodo ρ vienetus (kg/m3). Taigi tankis, masė ir tūris yra susieti viena lygybe, o bet kurios medžiagos ρ reikšmė parodo jos masės tūrinę koncentraciją.
Pateiksime paprastą pavyzdį: jei paimsite į ranką vienodo dydžio plastikinius ir geležinius rutulius, tada antrasis turės daug daugiau svorio nei pirmasis. Taip yra dėl didelio geležies tankio, palyginti su plastiko tankiu.
Viena iš pagrindinių tankių santykio gamtoje apraiškų bus kūnų plūdrumas. Jei kūno tankis mažesnis nei skysčio, jis niekada jame nepaskęs.
Medžiagų tankis
Kalbant apie tam tikrų medžiagų tankį, jie turi omenyje kietąsias medžiagas. Dujos ir skysčiai taip pat turi tam tikrą tankį, tačiau apie juos čia nekalbėsime.
Kietos medžiagos gali būti kristalinės arba amorfinės. ρ reikšmė priklauso nuo medžiagų struktūros, tarpatominių atstumų ir atominių bei molekulinių masių. Pavyzdžiui, visi metalai yra kristalai, o stiklas ar mediena turiamorfinė struktūra. Žemiau yra skirtingų medienos rūšių tankio lentelė.
Atkreipkite dėmesį, kad šiuo atveju pateikiamas vidutinis tankis. Realiame gyvenime kiekvienas medis turi unikalių savybių, įskaitant tuštumus, poras ir tam tikrą drėgmės procentą medienoje.
Žemiau yra kita lentelė. Jame g/cm3duoti visų grynų cheminių elementų, kurie yra kambario temperatūroje, tankiai.
Iš lentelės matyti, kad visų elementų tankis yra didesnis nei vandens. Išimtis yra tik trys metalai – litis, kalis ir natris, kurie neskęsta, o plūduriuoja vandens paviršiuje.
Kaip eksperimentiškai matuojamas tankis?
Tiesą sakant, yra du būdai, kaip nustatyti tiriamą charakteristiką. Pirmiausia reikia tiesiogiai pasverti kūną ir išmatuoti jo linijinius matmenis.
Jei kūno geometrinė forma sudėtinga, naudojamas vadinamasis hidrostatinis metodas.
Jo esmė tokia: pirmiausia pasverkite kūną ore. Tarkime, kad gautas svoris buvo P1. Po to kūnas pasveriamas skystyje, kurio tankis žinomas ρl. Tegul kūno svoris skystyje yra P2. Tada tiriamos medžiagos tankio ρ reikšmė bus:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Šią formulę kiekvienas studentas gali gauti pats, jei atsižvelgs į Archimedo dėsnįaprašytam atvejui.
Istoriškai manoma, kad pirmą kartą hidrostatinį svėrimą naudojo graikų filosofas Archimedas, kad nustatytų netikrą aukso karūną. Pirmąsias hidrostatines svarstykles XVI amžiaus pabaigoje išrado Galilėjus Galilėjus. Šiuo metu elektroniniai piknometrai ir tankio matuokliai yra plačiai naudojami eksperimentiniu būdu nustatyti ρ reikšmę skysčiuose, kietose medžiagose ir dujose.
Teorinis tankio apibrėžimas
Klausimas, kaip eksperimentiniu būdu rasti tankį, buvo aptartas aukščiau. Tačiau šį nežinomos medžiagos ρ galima rasti teoriškai. Tam reikia žinoti kristalinės gardelės tipą, šios gardelės parametrus, taip pat ją sudarančių atomų masę. Kadangi bet kuri elementari kristalinė gardelė turi tam tikrą geometrinę formą, nesunku rasti formulę, kaip nustatyti jos tūrį.
Jei kristalinę medžiagą sudaro keli cheminiai elementai, pvz., metalų lydiniai, tada jos vidutinį tankį galima nustatyti pagal šią paprastą formulę:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Kur mi, ρi yra atitinkamai i-ojo komponento masė ir tankis.
Jei medžiaga turi amorfinę struktūrą, tai teoriškai tiksliai nustatyti jos tankio nebus įmanoma, reikia naudoti eksperimentinius metodus.
