Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Was ist Dichte?
- Dichte im Allgemeinen
- Die Wichtigkeit der Dichte: Auftrieb
- Die Wichtigkeit der Dichte: Berechnung der Masse
Dichte ist ein grundlegendes Konzept in Physik und Technik. Es ist nicht nur eng mit der Masse eines Objekts verbunden, sondern die Dichte ist auch von zentraler Bedeutung, um zu bestimmen, ob etwas schwimmt, wenn es auf der Oberfläche einer Flüssigkeit platziert wird. Obwohl die Dichte nicht so wichtig ist wie die fundamentalen Kräfte, ist sie immer noch eines der wichtigsten Dinge, die Sie über eine Substanz wissen können.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Dichte ist definiert als ρ = m ÷ Vist Dichte, m ist Masse und V ist Volumen. Die Dichte ist wichtig, um herauszufinden, ob etwas im Wasser schwimmt, und sie kann auch zur Berechnung der Masse eines bestimmten Volumens eines Stoffes hilfreich sein.
Was ist Dichte?
Die Dichte ist die Masse eines Stoffes pro Volumeneinheit. In Form einer Gleichung bedeutet dies:
ρ = m ÷ V
Der griechische Buchstabe Rho, ρwird traditionell zur Darstellung der Dichte verwendet; m ist die Masse; und V ist die Lautstärke. Die Dichteeinheiten sind kg pro Kubikmeter oder etwas Äquivalentes in anderen Einheiten wie Pfund pro Kubikfuß.
Wasser ist ein gutes Beispiel für Dichte, da seine Dichte bei Tagestemperatur nahe 1.000 kg / Kubikmeter oder 1 g / Kubikzentimeter liegt. Edelstahl hingegen hat eine Dichte von 8.000 kg / m³. Das passt zum Alltag, denn ein Edelstahlblock ist schwerer als ein gleich großer Wasserblock.
Sie können die Dichte von etwas ändern, indem Sie es im Volumen komprimieren (d. H. Das Volumen reduzieren) oder die Menge der Masse innerhalb desselben Volumens erhöhen.
Dichte im Allgemeinen
Obwohl sich die Dichte normalerweise auf die Masse pro Volumeneinheit bezieht, kann der Begriff in einigen Situationen anders verwendet werden. Zum Beispiel ist die "Anzahl Dichte" von Objekten die Anzahl von allem, was Sie zählen, innerhalb einer Volumeneinheit. Die Ladungsdichte ist die Menge an elektrischer Ladung pro Volumeneinheit. Die Bevölkerungsdichte wird auch als Maß für die Anzahl der Menschen pro Flächen- oder Volumeneinheit verwendet. Im Allgemeinen bedeutet Dichte die Menge von etwas innerhalb eines bestimmten Raums.
Die Wichtigkeit der Dichte: Auftrieb
Die Dichte ist offensichtlich wichtig, wenn es um den Auftrieb von Gegenständen geht. Wenn etwas dichter als Wasser ist (mit einer Dichte von über 1.000 kg / Kubikmeter), sinkt es im Allgemeinen, aber wenn etwas dichter als Wasser ist, schwimmt es.
Technisch gesehen beginnt etwas zu schweben, wenn das Gewicht des Wassers, das es verdrängt (aufgrund der Oberfläche, die mit dem Wasser in Kontakt kommt und wie weit es das Wasser nach unten drückt), dem Gewicht des Objekts entspricht sinken. Wenn das Objekt dichter als Wasser ist (z. B. ein Stahlblock), kann das Gewicht des verdrängten Wassers niemals mit dem Gewicht des Objekts übereinstimmen, sodass es weiterhin sinkt.
Aluminium ist ein gutes Beispiel. Es ist dichter als Wasser, aber ein Stück Aluminiumfolie, das ausgestreckt ist, schwimmt auf dem Wasser, da die große Oberfläche mit dem Wasser in Kontakt kommt. Wenn Sie jedoch die gleiche Menge Folie zu einer Kugel zusammenrollen, wird die Oberfläche im Kontakt mit dem Wasser viel kleiner und die Masse konzentriert sich darüber, sodass die größere Dichte von Aluminium gewinnt und die Folie sinkt. Aus diesem Grund schwimmen Boote, die aus dichteren Materialien als Wasser bestehen, obwohl ein einzelner Block des Materials sinkt: Die gesamte Struktur hat eine geringere Dichte als der Block, da sie viel Luft oder auch weniger dichtes Material enthält.
Der Dichteunterschied ist auch der Grund, warum Öl auf der Wasseroberfläche schwimmt. Die Dichte von Ölen liegt zwischen 0,91 und 0,93 g pro Kubikzentimeter und damit knapp unter der Dichte von Wasser. Auf dieser einfachen Basis können Sie viele Experimente durchführen, die zeigen, dass dichtere Flüssigkeiten auf den Boden eines Wasserbehälters sinken, während weniger dichte Flüssigkeiten schwimmen.
Die Wichtigkeit der Dichte: Berechnung der Masse
Da Dichte und Masse so eng miteinander verbunden sind, können Sie die Masse einer bestimmten Menge eines Stoffes leicht berechnen, vorausgesetzt, Sie kennen die Dichte und das Volumen des Stoffes. Dies kann beim Engineering und in anderen Anwendungen hilfreich sein. Verwenden Sie die einfache Formel:
m = ρ × V
Die Masse der Substanz herausarbeiten. Zum Beispiel haben 0,5 Kubikmeter Stahl unter Verwendung der oben angegebenen Stahldichte eine Masse von:
m = ρ × V = 8.000 kg / Kubikmeter × 0,5 Kubikmeter = 4.000 kg
Dies ist in vielen verschiedenen Situationen nützlich. Wenn Sie beispielsweise wissen, wie viel Platz sich in einem Van befindet und welche maximale Sicherheitslast der Van tragen kann, können Sie herausfinden, ob das Befüllen mit einem bestimmten Material sicher ist. Sie können auch die ρ = m ÷ V-Version der Gleichung verwenden, um die Dichte des Materials zu ermitteln, das Sie sicher transportieren können.