Kuidas on tihedus, mass ja maht seotud?

Sisu

• Massi, tiheduse ja mahu suhe
• Näpunäited
• Helitugevuse mõõtmine
• Surve, mahu ja temperatuuri suhe
• Missa tähendus
• Universumi mass ja tihedus
• Tume aine ja tume energia
• Ujuv jõud ja erikaal

Massi, tiheduse ja mahu suhe

Tihedus kirjeldab objekti või aine massi ja ruumala suhet. Missa mõõdab materjali takistust kiirenemisel, kui sellele mõjub jõud. Newtonsi teise liikumisseaduse kohaselt (F = ma) võrdub objektile mõjuv netojõud selle massi ja kiirenduse korrutisega.

Massi see ametlik määratlus võimaldab teil panna selle teistesse miinustesse, näiteks energia, impulsi, tsentripetaalse jõu ja gravitatsioonijõu arvutamiseks. Kuna gravitatsioon on Maa pinnal peaaegu sama, muutub kaal heaks massiindikaatoriks. Mõõdetava materjali koguse suurendamine ja vähendamine suurendab ja vähendab aine massi.

Näpunäited

Massi, tiheduse ja mahu vahel on selge seos. Erinevalt massist ja mahust ei suurenda ega vähenda mõõdetud materjali koguse tihedus. Teisisõnu, magevee koguse suurendamine 10 grammi pealt 100 grammini muudab mahu ka 10 milliliitrilt 100 milliliitrile, kuid tihedus jääb 1 grammi milliliitri kohta (100 g ÷ 100 ml = 1 g / ml).

See muudab tiheduse kasulikuks omaduseks paljude ainete tuvastamisel. Kuna maht erineb temperatuuri ja rõhu muutustest, võib tihedus muutuda ka temperatuuri ja rõhu juures.

Helitugevuse mõõtmine

Antud massi ja maht, kui palju materjali või eseme füüsiline ruum võtab, tihedus püsib konstantsena antud temperatuuril ja rõhul. Selle suhte võrrand on ρ = m / V milles ρ (rho) on tihedus, m on mass ja V on ruumala, mis teeb tiheduse ühikuks kg / m³. Tiheduse vastastikune väärtus (1/ρ) on tuntud kui konkreetne maht, mõõdetuna meetrites³ / kg.

Maht kirjeldab, kui palju ruumi aine võtab, ja see antakse liitrites (SI) või gallonites (inglise keeles). Aine maht määratakse kindlaks selle järgi, kui palju materjali on ja kui tihedalt materjali osakesed kokku on pakitud.

Selle tagajärjel võivad temperatuur ja rõhk oluliselt mõjutada aine, eriti gaaside, mahtu. Nagu massi puhul, suurendab ja vähendab ka materjali koguse suurendamine ja vähendamine.

Surve, mahu ja temperatuuri suhe

Gaaside puhul on maht alati võrdne mahutiga, milles gaas asub. See tähendab, et gaaside puhul saate ideaalse gaasi seaduse abil seostada mahu temperatuuri, rõhu ja tihedusega PV = nRT milles Lk on rõhk atm (atmosfääriühikutes), V on ruumala meetrites³ (kuupmeetrit), n on gaasi moolide arv, R on universaalne gaasikonstant (R = 8,314 J / (mol x K)) ja T on gaasi temperatuur Kelvinites.

••• Syed Hussain Ather

Veel kolm seadust kirjeldavad ruumala, rõhu ja temperatuuri suhteid, kui need muutuvad, kui kõiki teisi koguseid hoitakse konstantsena. Võrrandid on Lk₁V₁ = P₂V₂, Lk₁/ T₁ = P₂/ T₂ ja V₁/ T₁ = V₂/ T₂ tuntud vastavalt Boylesi seaduse, Gay-Lussacs'i seaduse ja Charlessi seaduse järgi.

Mõlemas seaduses kirjeldavad vasakpoolsed muutujad ruumala, rõhku ja temperatuuri algsel ajahetkel, parempoolsed muutujad kirjeldavad neid mõnel teisel ajahetkel. Boylesi seaduse temperatuur on konstantne, Gay-Lussacs'i seaduse puhul konstantne ja Charless Law puhul on konstantne temperatuur.

Need kolm seadust järgivad samu ideaalse gaasi seaduse põhimõtteid, kuid kirjeldavad temperatuuri, rõhu või konstantsena hoitava mahu muutusi.

Missa tähendus

Ehkki inimesed kasutavad massi tavaliselt selleks, et viidata sellele, kui palju ainet on või kui raske on aine, tähendab see, kuidas inimesed viitavad erinevate teaduslike nähtuste massidele, et mass vajab ühtsemat määratlust, mis hõlmab kõiki selle kasutusalasid.

Teadlased räägivad tavaliselt subatomilistest osakestest, nagu elektronid, bosonid või footonid, kui nende mass on väga väike. Kuid nende osakeste massid on tegelikult vaid energia. Kui prootonite ja neutronite massi hoitakse gluonides (materjal, mis hoiab prootoneid ja neutroneid koos), on elektroni mass palju tähtsusetu, arvestades, et elektronid on prootonitest ja neutronitest umbes 2000 korda kergemad.

Gluonid moodustavad tugeva tuumajõu, mis on üks neljast universumi põhijõust elektromagnetilise jõu, gravitatsioonijõu ja nõrga tuumajõu kõrval, hoides neutroneid ja prootoneid omavahel seotud.

Universumi mass ja tihedus

Ehkki kogu universumi suurus pole täpselt teada, on vaadeldava universumi, teadlaste uuritud universumi aine, mass umbes 2 x 10⁵⁵ g, umbes 25 miljardit galaktikat Linnutee suurus. See hõlmab 14 miljardit valgusaastat, sealhulgas tumedat ainet. See on küsimus, milles teadlased pole täiesti kindlad, millest see koosneb ja helendav aine, mis moodustab tähtede ja galaktikate. Universumite tihedus on umbes 3 x 10^-30 g / cm³.

Teadlased esitavad need hinnangud, jälgides muutusi kosmilises mikrolaine foonis (universumi primitiivsetest etappidest pärineva elektromagnetilise kiirguse artefaktid), superklastrites (galaktikate klastrid) ja Suure Paugu nukleosünteesis (mittevesiniku tuumade tootmine tuumade algfaasis). universum).

Tume aine ja tume energia

Teadlased uurivad neid universumi tunnuseid, et teha kindlaks selle saatus, kas see jätkab laienemist või mingil hetkel iseenesest kokku varisevat. Universumi laienedes mõtlesid teadlased, et gravitatsioonijõud annavad objektidele laienemise aeglustamiseks üksteisele atraktiivse jõu.

Kuid 1998. aastal näitasid Hubble'i kosmoseteleskoobi vaatlused kaugetest supernoovadest, et universum oli universumite laienemine aja jooksul suurenenud. Ehkki teadlased ei olnud veel mõelnud, mis täpselt kiirendust põhjustab, viis see laienemiskiirendus teadlasi teoreetiliselt selle tumeda energia - selle tundmatute nähtuste nime - põhjuseks.

Universumis on massi kohta veel palju saladusi ja need moodustavad suurema osa universumite massist. Ligikaudu 70% universumi massienergiast tuleb tumedast energiast ja umbes 25% tumedast ainest. Ainult umbes 5% tuleb tavalisest ainest. Need üksikasjalikud pildid universumi eri tüüpi massidest näitavad, kui mitmekesine mass võib erinevates teaduslikes miinustes olla.

Ujuv jõud ja erikaal

Objekti gravitatsioonijõud vees ja ujuv jõud mis hoiab seda ülespoole, määrab, kas objekt hõljub või vajub. Kui objektide ujuvusjõud või -tihedus on suurem kui vedelikul, siis see hõljub ja kui seda pole, siis see vajub.

Terase tihedus on palju suurem kui vee tihedus, kuid vastavalt kujundatud, võib tihedust õhuruumidega vähendada, luues teraslaevad. Jää tihedusest suurem vee tihedus selgitab ka seda, miks jää vees hõljub.

Erikaal on aine tihedus jagatuna võrdlusainete tihedusega. See viide on kas õhk ilma veeta gaaside jaoks või magevesi vedelike ja tahkete ainete jaoks.