GĘSTOŚĆ WZGLĘDNA: OBLICZENIA, PRZYKŁADY, ĆWICZENIA - FIZYCZNY - 2025

Gęstość względna jest bezwymiarową zależność między gęstością i substancji odniesienia, która jest zwykle wodą w 4 ° C (39,2 ° F) do cieczy i ciał stałych, a w przypadku gazów stosuje się suche powietrze.

W niektórych tekstach jest również nazywany ciężarem właściwym (dosłowne tłumaczenie ciężaru właściwego na język angielski), ale jest to ta sama koncepcja. Obie gęstości muszą znajdować się w tym samym układzie jednostek i zostały zmierzone w jednakowych warunkach ciśnienia i temperatury.

Pływające obiekty mają mniejszą gęstość względną niż woda. Źródło: PIxabay.

Gęstość względną oblicza się matematycznie w następujący sposób:

Chociaż gęstość dowolnej substancji zależy od warunków ciśnienia i temperatury, w których jest mierzona, zwłaszcza w przypadku gazów, gęstość względna jest bardzo użyteczną koncepcją do szybkiego scharakteryzowania różnych materiałów.

Można natychmiast widoczny, ponieważ gęstość wody wynosi około 1 grama na centymetr sześcienny każdy 1 g / ml i 1000 kg / m ³ , pod ciśnieniem atmosferycznym, w zakresie temperatur, dobra (od 0 do 15 ° C) .

Podając względną gęstość substancji od razu wiadomo, jak lekka lub ciężka jest w stosunku do wody, substancji uniwersalnej.

Ponadto gęstość względna jest wartością łatwą do zapamiętania, ponieważ mierzy się ją małymi i łatwymi w obsłudze liczbami, jak zostanie to przedstawione w następnej sekcji, w której wspomina się o wartościach gęstości względnych dla niektórych znanych substancji.

Przykłady

Względna gęstość wody wynosi oczywiście 1, ponieważ jak wspomniano na początku, jest to wzorzec odniesienia dla cieczy i ciał stałych. Płyny, takie jak kawa, mleko lub napoje bezalkoholowe, mają względną gęstość bardzo zbliżoną do wody.

Jeśli chodzi o oleje, nie ma jednej wartości gęstości względnej mającej zastosowanie do wszystkich, ponieważ zależy ona od ich pochodzenia, składu i przetwarzania. Większość względnych gęstości olejów mieści się w zakresie od 0,7 do 0,95.

Gazy są znacznie lżejsze, więc w wielu zastosowaniach przyjmuje się gęstość powietrza, w taki sposób, że gęstość względna wskazuje, jak lekki lub ciężki jest gaz w porównaniu z powietrzem. W porównaniu do wody względna gęstość powietrza wynosi 0,0013.

Przyjrzyjmy się niektórym wartościom gęstości względnej znanych substancji i materiałów.

Względna gęstość niektórych znanych substancji

- Ciało ludzkie: 1,07.

- Rtęć: 13,6.

- Gliceryna: 1,26.

- Benzyna: 0,68.

- Woda morska: 1025.

- Stal: 7,8.

- Drewno: 0,5.

- Lód: 0,92.

Wartość gęstości względnej zapewnia natychmiastową informację o tym, czy substancja lub materiał unosi się w wodzie, czy wręcz tonie.

W związku z tym warstwa oleju pozostanie na wierzchu warstwy wody, ponieważ prawie wszystkie oleje mają niższy ciężar właściwy niż ta ciecz. Kostka drewna w wodzie może mieć z tego część, podobnie jak lód.

Różnica z gęstością absolutną

Gęstość bezwzględna to iloraz masy substancji i zajmowanej przez nią objętości. Ponieważ objętość z kolei zależy od temperatury (większość substancji rozszerza się po podgrzaniu) i ciśnienia, gęstość z kolei zależy od tych dwóch wielkości. Matematycznie mamy:

Gdzie ρ jest gęstością, której jednostkami w układzie międzynarodowym są kg / m ³ , m to masa, a V to objętość.

Ze względu na związek objętości z temperaturą i ciśnieniem, wartości gęstości, które pojawiają się w tabelach, są zwykle określane przy ciśnieniu atmosferycznym i w określonych zakresach temperatur.

Zatem w normalnych warunkach dla gazów: 1 atmosfera ciśnienia i 0 ° C temperatury, gęstość powietrza jest ustalona na 1293 kg / m ³ .

Chociaż jego wartość doświadcza tych zmian, jest to bardzo odpowiednia ilość do określenia zachowania substancji, szczególnie w mediach uważanych za ciągłe.

Różnica w stosunku do gęstości względnej polega na tym, że gęstość bezwzględna ma wymiary, w którym to przypadku jej wartości zależą od wybranego układu jednostek. W ten sposób gęstość wody w temperaturze 4 ° C wynosi:

ρ _woda = 1 g / cm ³ = 1000 kg / m ³ = 1,94 ślimaka / stopę ³

Rozwiązane ćwiczenia

-Ćwiczenie 1

Znajdź objętość zajmowaną przez 16 gramów oleju, którego ciężar właściwy wynosi 0,8.

Rozwiązanie

Najpierw znajdujemy gęstość bezwzględną _oleju ρ oleju. Oznaczając jego gęstość względną jako s _g, otrzymujemy:

ρ _olej = 0,8 x gęstość wody

Jako gęstość wody zostanie użyta wartość podana w poprzedniej sekcji. Gdy znana jest gęstość względna, natychmiast odzyskuje się gęstość bezwzględną poprzez pomnożenie tej wartości przez gęstość wody. Więc:

Gęstość materiału = gęstość względna x gęstość wody (w normalnych warunkach).

Dlatego dla oleju w tym przykładzie:

_olej ρ = 0,8 x 1 g / cm ³ = 0,8 g / cm ³

Ponieważ gęstość jest ilorazem masy m i objętości V, będzie ona wyglądać następująco:

-Ćwiczenie 2

Skała ma ciężar właściwy 2,32 i objętość 1,42 x ^10-4 m ³ . Znajdź masę skały w jednostkach systemu międzynarodowego oraz w systemie technicznym.

Rozwiązanie

Wartość gęstości wody zostanie przyjęta jako 1000 kg / m ³ :

ρ _skała = 2,32 x 1000 Kg / m ³ = 2,32 x 10 ³ Kg / m ³

Masa m skały jest w kilogramach:

Masa w jednostkach systemu technicznego wynosi 0,33 kilograma-siła. Jeśli jest to preferowane w systemie międzynarodowym, jednostką jest niuton, dla którego masa jest pomnożona przez wartość g, czyli przyspieszenie ziemskie.

-Ćwiczenie 3

Piknometr to pojemnik, za pomocą którego można określić względną gęstość substancji w określonej temperaturze.

Piknometr. Źródło: Wikipedia.org.

Aby określić gęstość nieznanej cieczy w laboratorium, zastosowano następującą procedurę:

- Zważono pusty piknometr i odczyt wyniósł 26,038 g

- Następnie piknometr napełniono wodą o temperaturze 20º C (gęstość wody 0,99823 g / cm3) i zważono, uzyskując wartość 35,966 g.

- Na koniec zważono piknometr wypełniony nieznaną cieczą i uzyskano odczyt 37 791 g.

Należy wydedukować wyrażenie w celu obliczenia gęstości cieczy i zastosować je z uzyskanymi danymi.

Rozwiązanie

Masę zarówno wody, jak i płynu określa się, odejmując pełny odczyt piknometru od pustego piknometru:

masa _H20 = 35,966 g - 26,038 g = 9,928 g; masa _płynna = 37,791 g - 26,038 g = 11,753 g

Ostatecznie zostaje on podstawiony w wyprowadzonym wyrażeniu:

_płyn ρ = (11,753 g / 9,928 g). 0,99823 g / cm3 = 1,182 g / cm3.

Bibliografia

1. Encyklopedia Britannica. Środek ciężkości. Odzyskany z: britannica.com.
2. Giancoli, D. 2006. Fizyka: Zasady z zastosowaniami. 6 ^th .. Ed Prentice Hall.
3. Mott, R. 2006. Mechanika płynów. 4. Wydanie. Edukacja Pearson. 12-21.
4. Valera Negrete, J. 2005. Uwagi dotyczące fizyki ogólnej. UNAM. 44-45.
5. White, F. 2004. Mechanika płynów. Wydanie 5. Mc Graw Hill. 17-18.