חשיבות הצפיפות

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• מהי צפיפות?
• צפיפות באופן כללי
• חשיבות הצפיפות: ציפה
• חשיבות הצפיפות: חישוב המסה

צפיפות היא מושג בסיסי בפיזיקה והנדסה. לא רק שהוא קשור באופן אינטימי למסת האובייקט, אלא שהצפיפות היא גם מרכזית בקביעת האם משהו יצוף כאשר הוא יונח על פני הנוזל. אמנם צפיפות אולי לא חשובה באותו אופן כמו כוחות היסוד, אך זה עדיין אחד הדברים החשובים ביותר שתוכלו לדעת על חומר.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

צפיפות מוגדרת כ ρ = m ÷ V, כאשר ρ הוא צפיפות, m הוא מסה ו- V הוא נפח. צפיפות חשובה כאשר עובדים אם משהו יצוף במים, וזה יכול להיות שימושי גם לחישוב המסה של נפח מסוים של חומר.

מהי צפיפות?

צפיפות היא המסה של חומר לנפח יחידה. בצורה של משוואה המשמעות היא:

ρ = m ÷ V

האות היוונית rho, ρ, משמש באופן מסורתי לייצוג צפיפות; M היא המסה; ו V הוא הנפח. יחידות הצפיפות הן ק"ג למטר מעוקב, או משהו שווה ערך לזה ביחידות אחרות כמו לירות לק"ג.

מים הם דוגמא טובה לצפיפות מכיוון שבטמפרטורה היומיומית צפיפותם קרובה ל -1,000 ק"ג / מ"ק או 1 גרם / קוב. לעומת זאת, נירוסטה היא בעלת צפיפות של 8,000 ק"ג / קוב. זה מתאים לחוויה היומיומית, מכיוון שגוש נירוסטה כבד יותר מבלוק מים בגודל שווה.

אתה יכול לשנות את הצפיפות של משהו על ידי דחיסתו בנפח (כלומר, הפחתת הנפח) או הגדלת כמות המסה באותו נפח.

צפיפות באופן כללי

למרות שצפיפות מתייחסת לרוב למסה לנפח יחידה, במצבים מסוימים ניתן להשתמש במונח באופן שונה. לדוגמה, "צפיפות המספרים" של אובייקטים היא המספר של כל מה שאתה סופר בתוך יחידת נפח. צפיפות המטען היא כמות המטען החשמלי ליחידת נפח. צפיפות אוכלוסייה משמשת גם כמדד למספר האנשים ליחידת שטח או נפח. באופן כללי, צפיפות פירושה כמות של משהו בתוך שטח מסוים.

חשיבות הצפיפות: ציפה

לצפיפות חשיבות ברורה כשמדובר בציפה של חפצים. באופן רחב, אם משהו צפוף יותר מאשר מים (שיש לו צפיפות של יותר מ- 1,000 ק"ג / קוב) הוא ישקע, אבל אם למשהו צפיפות נמוכה יותר מאשר מים, הוא יצוף.

באופן טכני יותר, משהו יתחיל לצוף כאשר משקל המים שהוא יעקור (בגלל שטח הפנים שייצור קשר עם המים וכמה רחוק הוא דוחף את המים למטה) מתאים למשקל העצם, אך אם זה לעולם לא יקרה, זה יהיה כיור. אם החפץ צפוף יותר מאשר מים (למשל גוש פלדה), משקל המים שהוא מעביר לעולם אינו יכול להתאים למשקל העצם, ולכן הוא ימשיך לשקוע.

אלומיניום הוא דוגמא טובה. זה צפוף יותר מאשר מים, אבל חתיכת נייר אלומיניום שנמתח החוצה תצוף על מים בגלל שטח הפנים הגדול שנוצר במגע עם המים. עם זאת, אם מגלגלים את אותה כמות נייר כסף לכדור, שטח הפנים במגע עם המים הופך להיות קטן בהרבה והמסה מרוכזת מעליו, כך שהצפיפות הגדולה יותר של האלומיניום תנצח והרדיד יהיה טובע. זו הסיבה שסירות העשויות מחומרים צפופים יותר מאשר מים יצופו, למרות שגוש אחד של החומר ישקע: למבנה כולו צפיפות נמוכה יותר מהגוש מכיוון שהוא מכיל הרבה אוויר או חומר פחות צפוף.

ההבדל בצפיפות הוא גם הסיבה לכך ששמן צף על פני המים. צפיפות השמנים נעה סביב 0.91 ל- 0.93 גרם לסנטימטר מעוקב, פחות פחות מצפיפות המים. ניתן לבצע ניסויים רבים על בסיס פשוט זה, ומראים שנוזלים צפופים יותר ישקעו לקרקעית מיכל מים ואילו נוזלים פחות צפופים יצופו.

חשיבות הצפיפות: חישוב המסה

מכיוון שצפיפות ומסה קשורים זה לזה באופן הדוק, אתה יכול לחשב את המסה של כמות מסוימת של חומר בקלות בתנאי שאתה יודע את צפיפותו ואת נפח החומר. זה יכול להיות שימושי בהנדסה ויישומים אחרים. השתמש בנוסחה הפשוטה:

m = ρ × V

לבחון את מסת החומר. לדוגמה, באמצעות צפיפות הפלדה שצוטטה קודם לכן, 0.5 קוב מעוקב יש מסה של:

m = ρ × V = 8,000 ק"ג / מ"ק × 0.5 מ"ק = 4,000 ק"ג

זה שימושי במצבים רבים ושונים. לדוגמה, אם אתה יודע כמה מקום יש בטנדר ומהו העומס המרבי הבטוח שיכול הטנדר לסחוב, אתה יכול להבין האם מילויו בחומר ספציפי יהיה בטוח. אתה יכול גם להשתמש בגרסת ה- ρ = m ÷ V של המשוואה כדי לחשב מה החומר הצפוף ביותר שאתה יכול להעביר בבטחה.