ความหนาแน่น: คำจำกัดความ สูตร หน่วย ปัญหาตัวอย่าง
ก่อนที่คุณจะรู้สูตรต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับความหนาแน่น คุณต้องรู้ความหมายของความหนาแน่นเสียก่อน ดูบทวิจารณ์ด้านล่างให้ดีเสียก่อน
สารบัญ
ความหนาแน่นคืออะไร?
คุณเคยเห็นเรือลอยน้ำไหม?
เรือที่ทำจากไม้สามารถลอยน้ำได้เพราะความหนาแน่นของไม้น้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ
จากนั้นน้ำมันที่ผสมกับน้ำในภาชนะจะแยกสารและลอยอยู่บนน้ำ
ทั้งนี้เป็นเพราะความหนาแน่นของน้ำมากกว่าความหนาแน่นของน้ำมัน
แนวคิดเรื่องความหนาแน่นสามารถตีความได้ว่าวัตถุมีน้ำหนักหรือเบาเพียงใดในปริมาตร
ความหนาแน่น คนเดียว คือ การวัดมวลต่อหน่วยปริมาตรของวัตถุ
ยิ่งวัตถุมีความหนาแน่นสูง มวลในแต่ละปริมาตรก็จะยิ่งมากขึ้น
ความหนาแน่นเฉลี่ยของวัตถุแต่ละชิ้นคือมวลรวมหารด้วยปริมาตรทั้งหมด
ความหนาแน่นของสารเรียกว่า ความหนาแน่น ซึ่งแสดงโดยใช้ (rho) ซึ่งเป็นผลคูณของมวลของสารโดยปริมาตร
ซึ่งเป็นไปตามคุณสมบัติหลักของสาร คือ มวลและปริมาตร
สถานะของสสารตามความหนาแน่น
ต่อไปนี้คือเงื่อนไขบางประการของวัตถุในน้ำโดยพิจารณาจากขนาดของความหนาแน่นของวัตถุเอง ซึ่งรวมถึง:
1. บิน
ในการลอยตัว วัตถุในน้ำต้องมีความหนาแน่นเท่ากับความหนาแน่นของน้ำเอง
วัตถุสามารถกล่าวได้ว่าลอยได้หากชิ้นส่วนทั้งหมดอยู่ในของเหลว
เมื่อวางวัตถุลงในของเหลว วัตถุจะไม่เคลื่อนที่ขึ้นหรือลง (ลอย) ซึ่งหมายความว่าแรงขึ้น (Fa) เท่ากับแรงโน้มถ่วง (w)
2. ลอยน้ำ
ในการลอยตัว วัตถุในน้ำต้องมีความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ
วัตถุสามารถเรียกได้ว่าลอยได้หากทั้งหมดหรือบางส่วนอยู่เหนือพื้นผิวของของเหลว
เมื่อวางวัตถุลงในของเหลว วัตถุจะเคลื่อนขึ้นด้านบน ดังนั้น แรงขึ้น (Fa) จะมากกว่าแรงโน้มถ่วง (w)
3. จมน้ำ
วัตถุสามารถกล่าวได้ว่าจมถ้าวัตถุมีความหนาแน่นมากขึ้น เมื่อเทียบกับความหนาแน่นของน้ำ ดังนั้นวัตถุจะได้รับแรงกดลงของตาข่ายไม่เท่ากัน ด้วยศูนย์
ซึ่งหมายความว่าวัตถุอยู่ที่ด้านล่างของภาชนะ / ตำแหน่งของของเหลว
เมื่อวางวัตถุลงในของเหลว วัตถุจะเลื่อนลงมาจนแตะก้นภาชนะ ของเหลวและยังคงอยู่ที่ด้านล่างดังนั้นแรงขึ้น (Fa) จะน้อยกว่า น้ำหนัก.
สูตรและหน่วยความหนาแน่น
ในการกำหนดความหนาแน่นของวัตถุ คุณสามารถใช้สมการหรือสูตรด้านล่าง:
= ม. / V
ข้อมูล:
- = ความหนาแน่นของวัตถุ (kg/m3) (g/cm3)
- m = มวลของวัตถุ (กก.)
- V = ปริมาตรของวัตถุ (m3 หรือ cm3)
ความหนาแน่นมีสัญลักษณ์ซึ่งอ่านว่า "rho"
สูตรความหนาแน่นเป็นผลจากการหารมวลของวัตถุด้วยปริมาตรของวัตถุ
หน่วยความหนาแน่นตามระบบสากลของหน่วยคือ Kg/m3 / Kg m-3.
มวลมีหน่วยเป็น Kg และปริมาตรของมันคือ m3.
ต่อไปนี้คือการแปลงหน่วยอื่นๆ ที่คุณจำเป็นต้องรู้:
- 1 Kg/m3 = 0.001 g/cm3
- 1 g/cm3 = 1,000 Kg/m3
- 1 ลิตร = 1,000 มิลลิลิตร = 1,000 ซม.3
อะไรคือความแตกต่างระหว่างมวลและความหนาแน่นของวัตถุ?
คำตอบ: มวลระบุจำนวนอนุภาคที่มีอยู่ในวัตถุ ในขณะที่ความหนาแน่นบอกว่าอนุภาคถูกจัดเรียงอย่างแน่นหนาเพียงใด
การวัดความหนาแน่น
ในการวัดความหนาแน่นของวัตถุ ก่อนอื่นคุณต้องทราบมวลของวัตถุและปริมาตรของวัตถุนั้น
- คุณสามารถวัดมวลของวัตถุโดยใช้เครื่องชั่ง
- ปริมาตรสามารถวัดได้หลายวิธีเช่น:
หากวัตถุเป็นรูปร่างปกติ (ลูกบาศก์ บล็อก หรือทรงกลม) คุณสามารถวัดความยาวของด้านข้างแล้วคำนวณปริมาตรโดยใช้สูตรปริมาตรสำหรับแต่ละรูปร่างได้
อย่างไรก็ตาม หากวัตถุที่วัดมีรูปร่างผิดปกติ (หิน) คุณสามารถใช้ถ้วยตวงเพื่อวัดปริมาตรได้ - ความหนาแน่นหาได้จากการหารมวลของวัตถุด้วยปริมาตร
สิ่งที่คุณต้องรู้ก็คือ วัตถุทุกชิ้นมีความหนาแน่นมวลต่างกัน
ความหนาแน่นของมวลจะเป็นตัวกำหนดว่าวัสดุแน่นหรือแข็งแค่ไหน
ต่อไปนี้คือความหนาแน่นมวลของวัสดุและวัสดุต่างๆ:
| ชื่อสาร | เป็นกก./ลบ.ม | ในหน่วยกรัม/cm3 |
|---|---|---|
| น้ำ (4 องศาเซลเซียส) | 1,000 กก./ลบ.ม | 1 กรัม/ซม.3 |
| แอลกอฮอล์ | 800 กก./ลบ.ม | 0.8 gr/cm3 |
| ปรอท | 13,600 กก./ลบ.ม | 13.6 gr/cm3 |
| อลูมิเนียม | 2.700 กก./ลบ.ม | 2.7 gr/cm3 |
| เหล็ก | 7,874 กก./ลบ.ม | 7.87 gr/cm3 |
| ทอง | 19,300 กก./ลบ.ม | 19.3 gr/cm3 |
| ทองเหลือง | 8,400 กก./ลบ.ม | 8.4 gr/cm3 |
| เงิน | 10,500 กก./ลบ.ม | 10.5 gr/cm3 |
| แพลตตินั่ม | 21,450 กก./ลบ.ม | 21.45 gr/cm3 |
| สังกะสี | 7,140 กก./ลบ.ม | 7.14 gr/cm3 |
| อากาศ (27 องศาเซลเซียส) | 1.2 กก./ลบ.ม | 0.0012 gr/cm3 |
| น้ำแข็ง | 920 กก./ลบ.ม | 0.92 gr/cm3 |
*) ความหนาแน่นเป็นอีกชื่อหนึ่งสำหรับความหนาแน่นหรือความหนาแน่น
ตัวอย่างปัญหา
เพื่อให้คุณเข้าใจเนื้อหาข้างต้นได้ง่ายขึ้น เราจึงนำเสนอตัวอย่างคำถามและการอภิปรายที่เกี่ยวข้องกับความหนาแน่น ซึ่งรวมถึง:
1. เป็นที่ทราบกันว่าโคลน 5 ลิตรมีน้ำหนัก 6 กิโลกรัม คำนวณความหนาแน่นของโคลนเป็นกิโลกรัม/ลิตร!
ตอบ:
เป็นที่รู้จัก:
- m = 6 กก. V= 5 L
สารละลาย:
ความหนาแน่น = 6/5 = 1.2 กก./ลิตร
2. เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าไม้ 2 ลูกบาศก์เมตร หนัก 1,400 กิโลกรัม ความหนาแน่นของไม้คืออะไร?
ตอบ:
เป็นที่รู้จัก:
- m = 1,400 กก. V= 2 m³
สารละลาย:
ความหนาแน่น = 1,400/2 = 700 กก./ลบ.ม
3. เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าวัตถุที่มีลักษณะเป็นลูกบาศก์ทึบที่ทำจากวัสดุสังเคราะห์นั้นมีความยาวด้าน 10 ซม. วัตถุมีน้ำหนักครึ่งกิโลกรัม คำนวณความหนาแน่นของวัตถุเป็นกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร!
ตอบ:
เป็นที่รู้จัก:
ม. = 0.5 กก., s = 10 ซม.
สารละลาย:
ปริมาตรของลูกบาศก์ = V = 10 x 10 x 10 = 1,000 cm³ = 0.001 m³
ดังนั้น ความหนาแน่นคือ:
= 0.5/ 0.001 = 500 กก./ลบ.ม.
4. ถ้าน้ำมีปริมาตร 1 ลิตรจะมีมวลเป็นเท่าไร?
ตอบ:
เป็นที่รู้จัก:
- V = 1 ลิตร = 0.001 m³
สารละลาย:
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าความหนาแน่นของน้ำ = 1,000 Kg/m³
โดยใช้สูตรความหนาแน่น เราจะได้:
m = V = (1000)(0.001) = 1 Kg
5. เหล็กรูปร่างผิดปกติมีน้ำหนัก 14 กก. ปริมาตรของเตารีดจะถูกวัดโดยใช้ถ้วยตวงที่เติมน้ำ ก่อนเติมเตารีด ปริมาณน้ำจะเติมลงในถ้วยตวง หลังจากใส่เตารีด น้ำในแก้วก็หก มีน้ำหกมากแค่ไหน?
ตอบ:
เป็นที่รู้จัก:
- มวลหิน (ม.) = 14 กก.
สารละลาย:
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าความหนาแน่นของเหล็ก ρ = 7.874 Kg/m³ ดังนั้น
ปริมาตรของหินที่ใส่ลงในถ้วยตวงที่เติมน้ำทำให้น้ำในแก้วรั่วไหลอย่างสูญเปล่า แปลว่า ปริมาณน้ำที่หก = ปริมาตรของหิน
v = m / = 14 / 7.874 = 1.77 m³
เพื่อให้น้ำเสีย 1.77 ลบ.ม.
6. ขั้นแรกให้เติมน้ำในถ้วยตวงให้มีความสูง 45 มล. หลังจากเติมหินแล้ว น้ำในถ้วยตวงจะเพิ่มขึ้นเป็น 75 มล. คำนวณความหนาแน่นของหินถ้ามวลของหินเท่ากับ 120 กรัม
ตอบ:
เป็นที่รู้จัก:
ม. = 120 ก.
วี = 75 มล. – 45 มล.
= 30 มล. หรือ
= 30 ซม.3
ถาม:
- ρ….?
สารละลาย:
ρ = ม/วี
= 120 กรัม/30 ซม.3
= 4 ก/ซม3
จะเห็นได้ว่าความหนาแน่นของหินเป็น 4 ก/ซม3