Densitet är ett grundläggande begrepp inom fysik och teknik. Inte bara är det intimt bundet till massan hos ett objekt, utan densitet är också centralt för att bestämma om något kommer att flyta när det placeras på ytan av en vätska. Även om täthet kanske inte är viktigt på samma sätt som de grundläggande krafterna, är det fortfarande en av de viktigaste sakerna du kan veta om ett ämne.
TL; DR (för lång; läste inte)
Densitet definieras som ρ \u003d m ÷ V, där ρ är densitet, m är massa och V är volym. Densitet är viktigt när man arbetar ut om något flyter i vatten, och det kan också vara användbart för att beräkna massan för en specifik volym av ett ämne.
Vad är densitet?
Densitet är massan av ett ämne. ämne per volym. I form av en ekvation betyder detta:
ρ \u003d m ÷ V
Den grekiska bokstaven rho, ρ, används traditionellt för att representera densitet; m är massan; och V är volymen. Enheterna för täthet är kg per kubikmeter, eller något som motsvarar detta i andra enheter som kilo per kubikfot.
Vatten är ett bra exempel på densitet eftersom dess dagliga temperatur är nära 1 000 kg /kubikmeter eller 1 g /kubikcentimeter. Rostfritt stål har å andra sidan en densitet på 8 000 kg /kubikmeter. Detta passar med vardagsupplevelsen, eftersom ett block av rostfritt stål är tyngre än ett lika stort vattenblock.
Du kan ändra tätheten på något genom att komprimera det i volym (dvs. minska volymen) eller öka mängden massa inom samma volym.
Täthet i allmänhet
Även om densitet vanligtvis avser massa per volym per enhet, kan i vissa situationer termen användas på olika sätt. Till exempel är objekternas "täthetsdensitet" antalet vad du än räknar inom en volymenhet. Laddningstätheten är mängden elektrisk laddning per volymenhet. Befolkningstätheten används också som ett mått på antalet personer per enhetsarea eller volym. I allmänhet betyder täthet mängden av något inom en viss utrymme.
Viktigheten av täthet: flytkraft
Täthet har uppenbar betydelse när det gäller flytförmågan hos föremål. I stort sett, om något är tätare än vatten (med en densitet över 1 000 kg /kubikmeter) kommer det att sjunka, men om något har en lägre täthet än vatten flyter det.
Mer tekniskt kommer något att börja flyta när vikten på vattnet det förskjuter (på grund av att ytan kommer i kontakt med vattnet och hur långt det skjuter ner vattnet) matchar objektets vikt, men om detta aldrig händer kommer det att sjunka. Om föremålet är tätare än vatten (till exempel ett stålblock) kan vikten på vattnet som förflyttar aldrig matcha objektets vikt, så det kommer att fortsätta att sjunka.
Aluminium är ett bra exempel. Det är tätare än vatten, men en bit aluminiumfolie som sträckts ut flyter på vatten på grund av det stora ytområdet som kommer i kontakt med vattnet. Men om du rullar samma mängd folie upp till en boll, blir ytan i kontakt med vattnet mycket mindre och massan koncentreras över den, så den större tätheten av aluminium vinner ut och folien sjunker. Därför flyter båtar av tätare material än vatten, även om ett enda block av materialet sjunker: Hela strukturen har en lägre täthet än blocket eftersom den också innehåller mycket luft eller mindre tätt material.
Skillnaden i densitet är också varför olja flyter på vattenytan. Oljens densitet sträcker sig från omkring 0,91 till 0,93 g per kubikcentimeter, precis mindre än vattentätheten. Du kan utföra många experiment på denna enkla basis, som visar att tätare vätskor sjunker till botten av en behållare med vatten medan mindre täta vätskor kommer att flyta.
Viktigheten av täthet: Beräkning av massa
Sedan densitet och massan är så nära besläktade, du kan beräkna massan för en viss mängd av ett ämne lätt förutsatt att du känner till densiteten och ämnets volym. Detta kan vara användbart i teknik och andra applikationer. Använd den enkla formeln:
m \u003d ρ × V
För att beräkna ämnets massa. Till exempel, med användning av densiteten för stål som citerats tidigare, har 0,5 kubikmeter stål en massa av:
m \u003d ρ × V \u003d 8000 kg /kubikmeter × 0,5 kubikmeter \u003d 4.000 kg
Detta är användbart i många olika situationer. Om du till exempel vet hur mycket utrymme det finns i en skåpbil och vilken maximal säker last lastbilen kan ha, kan du räkna ut om det är säkert att fylla den med ett specifikt material. Du kan också använda ρ \u003d m ÷ V-versionen av ekvationen för att ta reda på vad det tätaste materialet du säkert kan transportera är.
