Rakstā apsvērsim, kā atrast blīvumu un kas tas ir. Daudzu konstrukciju un transportlīdzekļu projektēšanā tiek ņemtas vērā vairākas fiziskās īpašības, kurām jābūt konkrētam materiālam. Viens no tiem ir blīvums.
Masa un apjoms
Atšifrējiet divu fizisku lielumu nozīmi, kas ir tieši saistīti ar to - tā ir masa un tilpums. Pirms mēs atbildam uz jautājumu, kā atrast blīvumu.
Masa ir raksturlielums, kas raksturo ķermeņu inerciālās īpašības un to spēju vienam pret otru izrādīt gravitācijas pievilcību. Masu mēra kilogramos SI sistēmā.
Inerciālās un gravitācijas masas jēdzienus fizikā pirmo reizi ieviesa Īzaks Ņūtons, formulējot mehānikas un universālās gravitācijas likumus.
Apjoms ir tikai ķermeņa ģeometrisks raksturlielums, kas kvantitatīvi atspoguļo telpas daļu, ko tas aizņem. Tilpumu mēra garuma kubikvienībās, piemēram, SI, tas ir metros kubā.
Zināmas formas ķermeņiem(paralēles caurule, lode, piramīda) šo vērtību var noteikt pēc īpašām formulām, neregulāras ģeometriskas formas objektiem tilpumu nosaka, iegremdējot tos šķidrumā.
Fizikālā daudzuma blīvums
Tagad varat doties tieši uz atbildi uz jautājumu par to, kā atrast blīvumu. Šo raksturlielumu nosaka ķermeņa masas attiecība pret tās aizņemto tilpumu, kas ir matemātiski uzrakstīta šādi:
ρ=m/V.
Šī vienādība parāda ρ vienības (kg/m3). Tādējādi blīvums, masa un tilpums ir saistīti ar vienu vienādību, un ρ vērtība jebkuram materiālam parāda tā masas tilpuma koncentrāciju.
Sniegsim vienkāršu piemēru: ja paņem rokā vienāda izmēra plastmasas un dzelzs bumbiņas, tad otrajai būs daudz lielāks svars nekā pirmajai. Šis fakts ir saistīts ar lielo dzelzs blīvumu salīdzinājumā ar plastmasas blīvumu.
Viena no galvenajām blīvumu attiecības izpausmēm dabā būs ķermeņu peldspēja. Ja ķermenim ir mazāks blīvums nekā šķidrumam, tas nekad tajā nenogrims.
Materiālu blīvums
Runājot par noteiktu materiālu blīvumu, ar to saprot cietvielas. Arī gāzēm un šķidrumiem ir noteikts blīvums, taču par tiem šeit nerunāsim.
Cietie materiāli var būt kristāliski vai amorfi. ρ vērtība ir atkarīga no materiālu struktūras, starpatomu attālumiem un atomu un molekulu masām. Piemēram, visi metāli ir kristāli, un stikls vai koks iramorfa struktūra. Zemāk ir dažādu koksnes veidu blīvuma tabula.
Lūdzu, ņemiet vērā, ka šajā gadījumā ir norādīts vidējais blīvums. Reālajā dzīvē katram kokam ir unikālas iezīmes, tostarp tukšumi, poras un noteikta mitruma procentuālā daļa kokā.
Zemāk ir vēl viena tabula. Tajā norādīti visu tīro ķīmisko elementu blīvumi, kas atrodas istabas temperatūrā, g/cm3.
No tabulas var redzēt, ka visu elementu blīvums ir lielāks par ūdens blīvumu. Izņēmums ir tikai trīs metāli – litijs, kālijs un nātrijs, kas negrimst, bet peld pa ūdens virsmu.
Kā eksperimentāli mēra blīvumu?
Patiesībā ir divi paņēmieni pētāmā raksturlieluma noteikšanai. Pirmais ir tieši nosvērt ķermeni un izmērīt tā lineāros izmērus.
Ja ķermeņa ģeometriskā forma ir sarežģīta, tad izmanto tā saukto hidrostatisko metodi.
Tā būtība ir šāda: vispirms nosver ķermeni gaisā. Pieņemsim, ka iegūtais svars bija P1. Pēc tam ķermeni nosver šķidrumā ar zināmu blīvumu ρl. Lai ķermeņa svars šķidrumā ir P2. Tad pētāmā materiāla blīvuma ρ vērtība būs:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Šo formulu katrs students var iegūt pats, ja ņem vērā Arhimēda likumuaprakstītajam gadījumam.
Vēsturiski tiek uzskatīts, ka pirmo reizi hidrostatisko svēršanu izmantoja grieķu filozofs Arhimēds, lai noteiktu viltotu zelta kroni. Pirmos hidrostatiskos svarus 16. gadsimta beigās izgudroja Galileo Galilejs. Pašlaik elektroniskos piknometrus un blīvuma mērītājus plaši izmanto, lai eksperimentāli noteiktu ρ vērtību šķidrumos, cietās vielās un gāzēs.
Blīvuma teorētiskā definīcija
Jautājums par to, kā eksperimentāli atrast blīvumu, tika apspriests iepriekš. Tomēr šo nezināma materiāla ρ var atrast teorētiski. Lai to izdarītu, ir jāzina kristāla režģa veids, šī režģa parametri, kā arī to veidojošo atomu masa. Tā kā jebkuram elementāram kristāliskajam režģim ir noteikta ģeometriskā forma, ir viegli atrast formulu tā tilpuma noteikšanai.
Ja kristālisks materiāls sastāv no vairākiem ķīmiskiem elementiem, piemēram, metālu sakausējumiem, tad tā vidējo blīvumu var noteikt pēc šādas vienkāršas formulas:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Kur mi, ρi ir attiecīgi i-tā komponenta masa un blīvums.
Ja materiālam ir amorfa struktūra, tad teorētiski tā blīvumu precīzi noteikt nebūs iespējams, un jāizmanto eksperimentālās tehnikas.
