Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Wat is dichtheid?
- Dichtheid in het algemeen
- Het belang van dichtheid: drijfvermogen
- Het belang van dichtheid: massa berekenen
Dichtheid is een fundamenteel concept in fysica en engineering. Het is niet alleen nauw verbonden met de massa van een object, maar dichtheid is ook van cruciaal belang om te bepalen of iets zal drijven wanneer het op het oppervlak van een vloeistof wordt geplaatst. Hoewel dichtheid misschien niet op dezelfde manier belangrijk is als de fundamentele krachten, is het nog steeds een van de belangrijkste dingen die je over een stof kunt weten.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Dichtheid wordt gedefinieerd als ρ = m ÷ V, waarbij ρ dichtheid is, m massa is en V volume. Dichtheid is belangrijk bij het bepalen of iets in water zal drijven, en het kan ook nuttig zijn voor het berekenen van de massa van een specifiek volume van een stof.
Wat is dichtheid?
Dichtheid is de massa van een stof per volume-eenheid. In de vorm van een vergelijking betekent dit:
ρ = m ÷ V
De Griekse letter rho, ρ, wordt traditioneel gebruikt om dichtheid te vertegenwoordigen; m is de massa; en V is het volume. De dichtheidseenheden zijn kg per kubieke meter, of iets dergelijks in andere eenheden zoals ponden per kubieke voet.
Water is een goed voorbeeld voor dichtheid omdat de dichtheid bij dagelijkse temperatuur dicht bij 1.000 kg / kubieke meter of 1 g / kubieke centimeter ligt. Roestvrij staal daarentegen heeft een dichtheid van 8000 kg / kubieke meter. Dit past bij de dagelijkse ervaring, omdat een blok roestvrij staal zwaarder is dan een blok water van gelijke grootte.
U kunt de dichtheid van iets wijzigen door het in volume samen te drukken (d.w.z. het volume te verminderen) of door de hoeveelheid massa binnen hetzelfde volume te vergroten.
Dichtheid in het algemeen
Hoewel dichtheid meestal verwijst naar massa per volume-eenheid, kan de term in sommige situaties anders worden gebruikt. De "aantaldichtheid" van objecten is bijvoorbeeld het aantal wat u ook maar binnen een volume-eenheid rekent. De ladingsdichtheid is de hoeveelheid elektrische lading per volume-eenheid. De bevolkingsdichtheid wordt ook gebruikt als een maat voor het aantal mensen per oppervlakte-eenheid of volume. Over het algemeen betekent dichtheid de hoeveelheid iets binnen een bepaalde hoeveelheid ruimte.
Het belang van dichtheid: drijfvermogen
Dichtheid is duidelijk belangrijk als het gaat om het drijfvermogen van objecten. In het algemeen, als iets dichter is dan water (met een dichtheid van meer dan 1.000 kg / kubieke meter) zal het zinken, maar als iets een lagere dichtheid heeft dan water, zal het drijven.
Meer technisch zal er iets beginnen te zweven wanneer het gewicht van het water dat het verplaatst (vanwege het oppervlak dat contact maakt met het water en hoe ver het het water naar beneden duwt) overeenkomt met het gewicht van het object, maar als dit nooit gebeurt zal het wastafel. Als het object dichter is dan water (bijvoorbeeld een blok staal), kan het gewicht van het water dat het verplaatst nooit overeenkomen met het gewicht van het object, dus het zal blijven zinken.
Aluminium is een goed voorbeeld. Het is dichter dan water, maar een stuk uitgestrekte aluminiumfolie zal op water drijven vanwege het grote oppervlak dat contact maakt met het water. Als u echter dezelfde hoeveelheid folie in een bal oprolt, wordt het oppervlak in contact met het water veel kleiner en concentreert de massa zich erboven, dus de grotere dichtheid van aluminium wint en de folie zinkt. Dit is de reden waarom boten gemaakt van dichter materiaal dan water zullen drijven, hoewel een enkel blok van het materiaal zal zinken: de hele structuur heeft een lagere dichtheid dan het blok omdat het ook veel lucht of minder dicht materiaal bevat.
Het verschil in dichtheid is ook de reden waarom olie op het wateroppervlak drijft. De dichtheid van oliën varieert van ongeveer 0,91 tot 0,93 g per kubieke centimeter, iets minder dan de dichtheid van water. U kunt op deze eenvoudige manier veel experimenten uitvoeren, waaruit blijkt dat meer dichte vloeistoffen naar de bodem van een container met water zullen zinken, terwijl minder dichte vloeistoffen zullen drijven.
Het belang van dichtheid: massa berekenen
Omdat dichtheid en massa zo nauw verwant zijn, kunt u eenvoudig de massa van een bepaalde hoeveelheid van een stof berekenen, op voorwaarde dat u de dichtheid en het volume van de stof kent. Dit kan handig zijn in engineering en andere toepassingen. Gebruik de eenvoudige formule:
m = ρ × V
Om de massa van de stof te berekenen. Bijvoorbeeld, met behulp van de eerder genoemde dichtheid van staal, heeft 0,5 kubieke meter staal een massa van:
m = ρ × V = 8.000 kg / kubieke meter × 0,5 kubieke meter = 4.000 kg
Dit is handig in veel verschillende situaties. Als u bijvoorbeeld weet hoeveel ruimte er in een bestelwagen is en wat de maximale veilige lading is die de bestelwagen kan dragen, kunt u uitzoeken of het vullen met een specifiek materiaal veilig is. Je kunt ook de ρ = m ÷ V-versie van de vergelijking gebruiken om te bepalen wat het dichtste materiaal is dat je veilig kunt vervoeren.