Unul dintre cei mai importanți indicatori controlați în producția de produse cosmetice și suplimente alimentare este densitatea. În funcție de produsul fabricat, specialiștii companiei „ Ferma Korolev» folosiți mai multe concepte și definiții ale densității.

O definiție mai clară a conceptului de densitate necesită clarificarea formulării acestui termen:

Cu o astfel de tranziție limitativă, este necesar să se țină cont de faptul că la nivel atomic orice corp este neomogen și, prin urmare, este necesar să se concentreze asupra volumului care este utilizat pentru modelul fizic corespunzător utilizat.

• Densitatea în vrac - densitatea în vrac a diferitelor materiale în vrac (zahăr, lactoză, amidon etc.) este înțeleasă ca cantitatea din această pulbere (produs vrac) care se află într-o stare de umplere liberă într-o anumită unitate de volum.
• Densitatea relativă este raportul dintre două concepte, adică termeni și poate fi considerat ca raportul dintre densitatea volumetrică, adică densitatea în vrac, la densitatea adevărată.

Densitatea produsului este un parametru important în fabricarea produselor cosmetice, deoarece afectează aspect produs, proprietățile sale organoleptice, greutatea și costul produsului finit. Este foarte important să se țină cont de densitatea produsului la ambalarea produselor fabricate în sticle, tuburi, borcane etc.

De exemplu, densitatea cremelor este mai mică de unu. De regulă, densitatea cremei este în intervalul 0,96 - 0,98 g/cm3. Conform testelor, cu o densitate de 0,96 și un volum de 50 ml, masa cremei va fi de 48 g, iar cu o densitate de 0,98 masa crește la 49 g.

Densitatea șampoanelor, dimpotrivă, este mai mare sau egală cu unitatea, este în intervalul 1,0 - 1,04 g/cm3. Cercetările arată că, cu o densitate de 1,0 și un volum de 100 ml, masa de șampon din pachet va fi de 100 g, iar cu o densitate de 1,04 este deja de 104 g.

După cum sa menționat deja, densitatea este definită ca raportul dintre masa corporală și volumul ocupat. Prin urmare, valorile numerice ale densității unei substanțe arată masa unității de volum acceptată sau specificată a acestei substanțe. După cum se poate observa din exemplul de mai sus, densitatea metalului, în acest caz fonta, este de 7 kg/dm3. Rezultă că 1 dm 3 de fontă are o masă de 7 kg. Să comparăm densitatea apei de la robinet – 1 kg/l. Din acest exemplu rezultă că masa a 1 litru de apă de la robinet este de 1 kg. Același volum de substanțe sau substanțe diferite au greutăți diferite.
Se știe că pe măsură ce temperatura scade, densitatea corpurilor crește.

Există două metode principale pentru determinarea densității unei substanțe: hidrometrică și picnometrică. Un hidrometru este folosit pentru a măsura densitatea diferitelor lichide, iar un picnometru este folosit pentru a măsura densitatea cremelor, balsamurilor, gelurilor și pastelor de dinți.

Pe baza densității măsurate a produselor cosmetice conform tabelelor convenite la întreprindere „Limitele abaterilor admise ale conținutului net de la cantitatea nominală” în conformitate cu GOST 8.579-2002 „Cerințe pentru cantitatea de mărfuri ambalate în ambalajul oricărui tip în timpul producției, ambalării, vânzării și importului acestora” limitele sunt determinate abaterile admisibile ale conținutului net al produsului de la valoarea nominală.

Un hidrometru este un dispozitiv folosit pentru a măsura densitatea diferitelor lichide și substanțe lichide. De regulă, este un tub de sticlă, a cărui parte inferioară este semnificativ extinsă în diametru. La calibrare, porțiunea expandată este umplută cu împușcătură sau mercur, care este utilizat pentru a obține o masă specificată. În partea de sus a hidrometrului există o scară gradată în anumite valori de densitate corespunzătoare. Deoarece densitatea lichidelor și a substanțelor lichide depinde foarte mult de temperatură, hidrometrul fie este echipat cu un termometru, fie temperatura lichidului este măsurată simultan cu un alt termometru.

Pentru a efectua procedura de măsurare a densității unei substanțe lichide sau a unui lichid, un hidrometru curat este plasat cu grijă într-un pahar de măsurare suficient de mare cu lichid, dar în așa fel încât hidrometrul să plutească liber în el. Valorile densității sunt determinate cu ajutorul scalei hidrometrului lichidului situat la marginea inferioară a meniscului.

În fizică, un hidrometru este un dispozitiv folosit pentru a determina valoarea densității și, prin urmare, pentru a determina greutate specifică tel.

Istoricii științei cred că hidrometrul ca dispozitiv pentru efectuarea măsurătorilor a fost inventat de Hypatia, o femeie celebră, om de știință, astronom, matematician și filozof, șef al școlii alexandrine de neoplatonism. Datorită ei activitate științifică Au fost inventate sau îmbunătățite și alte dispozitive: distilatorul, astrolabul și planisfera.

Proiectarea hidrometrelor moderne, precum hidrometrele folosite în antichitate, se bazează pe binecunoscuta lege hidrostatică - legea lui Arhimede După cum se știe din școala elementară, legea lui Arhimede spune că fiecare corp plutește într-un lichid și se scufundă atât de adânc. este că greutatea corpului deplasată de lichidul acestuia este egală cu greutatea întregului corp care plutește în acest lichid.

Circumstanțele interesante au precedat descoperirea legii lui Arhimede, care l-a glorificat pe om de știință de-a lungul timpului. „Eureka!” exclamă toată lumea, găsind o soluție la o problemă dificilă, dar aceasta este precedată de o întreagă poveste.

Arhimede a slujit la curtea lui Hiero al II-lea, tiranul Siracuza, care a domnit între 270-215 î.Hr., iar din 269 î.Hr. a purtat titlul de rege. Hieron era cunoscut ca un conducător insidios, lacom și suspicios.

El bănuia bijutierii săi că atunci când făceau obiecte de aur, amestecau argint în aur sau, mai rău, staniu într-un metal nobil, motiv pentru care a descoperit unul dintre legi fizice. El l-a instruit pe Arhimede să-i expună pe bijutieri, deoarece era sigur că atunci când îi făceau coroana, bijutierii furau aur.

Pentru a rezolva asta sarcină dificilă este necesar să se cunoască nu numai masa, ci și să se determine volumul coroanei fabricate, iar acesta a fost cel mai dificil lucru pentru a calcula ulterior densitatea metalului. Coroana are o formă geometrică complexă și neregulată determinarea volumului său este o sarcină foarte dificilă, la soluția căreia Arhimede a meditat mult timp.

Soluția a fost găsită de Arhimede într-un mod original, când s-a scufundat într-o baie - nivelul apei a crescut brusc după ce s-a scufundat în apă. Corpul omului de știință a deplasat un volum egal de apă. — Eureka! - a exclamat Arhimede si a alergat la palat, dupa cum spune legenda, fara sa se imbrace. Apoi totul a fost simplu. El a scufundat coroana în apă, a măsurat volumul lichidului deplasat și a determinat astfel volumul coroanei.

Datorită acestui fapt, Arhimede a descoperit principiul sau, așa cum se mai numește, legea plutirii. Un corp solid scufundat într-un lichid va deplasa un volum de lichid egal cu volumul corpului scufundat în lichid. Orice corp poate pluti în apă dacă densitatea medie a acestuia este mai mică decât densitatea lichidului în care a fost plasat.

Legea lui Arhimede spune: orice corp care este scufundat într-un lichid sau gaz este acționat de forțe de plutire îndreptate în sus și egal cu greutatea lichid sau gaz deplasat de acesta.
Până astăzi, omenirea a aplicat cu succes cunoștințele dobândite de la strămoși îndepărtați în multe domenii ale activității sale, inclusiv în producția de produse cosmetice.

După cum am menționat deja, un picnometru este, de asemenea, utilizat pentru a măsura densitatea. Măsurătorile densității utilizând un picnometru sunt efectuate după cum urmează.

Înainte de testare, este necesar să clătiți picnometrul succesiv cu un solvent pentru a îndepărta urmele de substanță testată, apoi cu un amestec de crom, apă, alcool, eter, apoi uscați până la o greutate constantă și cântăriți (rezultatul cântăririi se înregistrează în grame exacte până la a patra zecimală).

Picnometrul se umple cu apă distilată folosind o pâlnie sau o pipetă puțin deasupra semnului, se închide cu un dop și se pune timp de 20 de minute într-un termostat la o temperatură de (20 ± 0,1) ° C.

Când temperatura atinge (20 ± 0,1) ° C, este necesar să aduceți nivelul apei în picnometru la semn, îndepărtând rapid excesul de apă folosind o pipetă sau o bandă de hârtie de filtru rulată într-un tub sau, adăugând apă la marcajul, închideți picnometrul cu un dop și puneți picnometrul în termostat cu o temperatură de (20 ±0,1) °C timp de 10 minute.

Scoateți picnometrul din termostat, cântăriți-l, goliți-l de apă, uscați-l, umpleți picnometrul cu lichidul de testare și termostați-l.

Calculați densitatea () în g/cm3 folosind formula:

Unde: m 1 – masa picnometrului cu lichidul de testare, g;
m 0 – masa unui picnometru gol, g;
m 2 - masa picnometrului cu apă, g;
A – corecția pentru forțele aerostatice, calculată prin formula:

A= 0,0012 x V.

Unde: V – volum picnometru, cm 3 ;
0,0012 – densitatea aerului la 200C, g/cm3;
0,9982 – densitatea apei la 200C, g/cm3;

La compania KorolevPharm se folosește o metodă express pentru măsurarea densității produselor cosmetice cu consistență groasă (emulsii, geluri cremă, geluri, balsamuri etc.). Esența sa constă în faptul că pentru testare se folosește o seringă calibrată.

Pentru a determina densitatea, cântăriți seringa goală (rezultatul cântăririi este înregistrat în grame până la a doua zecimală), umpleți seringa cu apă distilată până la marcajul maxim, apoi ștergeți bine suprafața seringii și cântăriți din nou.

Determinați volumul (V) al seringii folosind formula:

Unde: m 1 – masa unei seringi cu apă (g), , 0,9982 - densitatea apei la 200C, g/cm3;

Se cântărește din nou seringa goală (rezultatul cântăririi este înregistrat în grame cu exactitate la a doua zecimală), se umple seringa cu masă cosmetică până la marcajul maxim, evitând orice bule de aer.

Ștergeți cu grijă suprafața seringii și cântăriți-o din nou.

Calculați densitatea () în g/cm3 folosind formula:

Unde, m 1 - masa unei seringi cu un produs cosmetic (g), m 0 - masa unei seringi goale (g), V – volumul seringii (cm 3)

Rezultatul testului este luat ca medie aritmetică a rezultatelor a două determinări paralele, discrepanța dintre care nu depășește 0,01 g/cm 3 .
Această metodă vă permite să determinați rapid densitatea produsului cosmetic fabricat.

Cum se face că corpurile care ocupă același volum în spațiu pot avea mase diferite? Totul tine de densitatea lor. Cu acest concept ne familiarizăm deja în clasa a VII-a, în primul an de predare a fizicii la școală. Este un concept fizic de bază care poate deschide MKT (teoria cinetică moleculară) pentru o persoană nu numai la un curs de fizică, ci și la chimie. Cu ajutorul ei, o persoană poate caracteriza orice substanță, fie că este apă, lemn, plumb sau aer.

Tipuri de densitate

Deci, aceasta este o mărime scalară care este egală cu raportul dintre masa substanței studiate și volumul său, adică poate fi numită și greutate specifică. Desemnat Literă greacă„ρ” (a se citi „ro”), care nu trebuie confundat cu „p” - această literă este de obicei folosită pentru a desemna presiune.

Cum să găsiți densitatea în fizică? Utilizați formula densității: ρ = m/V

Această valoare poate fi măsurată în g/l, g/m3 și, în general, în orice unități legate de masă și volum. Care este unitatea SI a densității? ρ = [kg/m3]. Conversia între aceste unități se realizează prin operații matematice elementare. Cu toate acestea, unitatea de măsură SI este cea mai utilizată.

Pe lângă formula standard, folosită numai pentru solide, există și o formulă pentru gaz în interior conditii normale(Ei bine.) .

ρ (gaz) = ​​M/Vm

M- masa molara gaz [g/mol], Vm este volumul molar al gazului (în condiții normale această valoare este de 22,4 l/mol).

Pentru a defini mai pe deplin acest concept, merită să clarificăm exact ce înseamnă cantitatea.

• Densitatea corpurilor omogene este tocmai raportul dintre masa unui corp și volumul său.
• Există și conceptul de „densitate de substanță”, adică densitatea unui corp neomogen omogen sau uniform distribuit format din această substanță. Această valoare este constantă. Există tabele (pe care probabil le-ați folosit la lecțiile de fizică) care conțin valori pentru diferite substanțe solide, lichide și gazoase. Deci, această cifră pentru apă este de 1000 kg/m3. Cunoscând această valoare și, de exemplu, volumul băii, putem determina masa de apă care se va încadra în ea prin înlocuirea valorilor cunoscute în forma de mai sus.
• Cu toate acestea, nu toate substanțele sunt omogene. Pentru astfel de oameni, a fost creat termenul „densitate medie a corpului”. Pentru a obține această valoare, este necesar să aflați separat ρ-ul fiecărei componente a unei substanțe date și să calculați valoarea medie.

Corpurile poroase și granulare, printre altele, au:

• Densitatea adevărată, care este determinată fără a lua în considerare golurile din structură.
• Densitatea specifică (aparentă), care poate fi calculată împărțind masa unei substanțe la întregul volum pe care îl ocupă.

Aceste două cantități sunt legate între ele prin coeficientul de porozitate - raportul dintre volumul golurilor (porilor) și volumul total al corpului studiat.

Densitatea substanțelor poate depinde de o serie de factori, iar unii dintre aceștia pot crește simultan această valoare pentru unele substanțe și o pot scădea pentru altele. De exemplu, la temperaturi scăzute această valoare crește de obicei, cu toate acestea, există o serie de substanțe a căror densitate se comportă anormal într-un anumit interval de temperatură. Aceste substanțe includ fonta, apa și bronzul (un aliaj de cupru și staniu).

De exemplu, ρ de apă are cel mai mult indicator mare la o temperatură de 4 °C, iar apoi în raport cu această valoare se poate modifica atât în ​​timpul încălzirii, cât și în timpul răcirii.

De asemenea, merită spus că atunci când o substanță trece dintr-un mediu în altul (solid-lichid-gazos), adică atunci când se schimbă starea de agregareρ își modifică și valoarea și o face în salturi: crește în timpul trecerii de la gaz la lichid și în timpul cristalizării lichidului. Cu toate acestea, există și aici o serie de excepții. De exemplu, bismutul și siliciul au valoare mică la întărire. Fapt interesant: Când apa se cristalizează, adică când se transformă în gheață, își reduce și performanța și de aceea gheața nu se scufundă în apă.

Cum se calculează cu ușurință densitatea diferitelor corpuri

Vom avea nevoie de următoarele echipamente:

• Cântare.
• Centimetru (măsurare), dacă corpul studiat este în stare solidă de agregare.
• Balon cotat, dacă substanța testată este lichidă.

În primul rând, măsurăm volumul corpului studiat folosind un balon centimetru sau cotat. În cazul lichidului, pur și simplu ne uităm la scara existentă și notăm rezultatul. Pentru o grindă de lemn cubică, aceasta va fi, în consecință, egală cu valoarea laterală ridicată la a treia putere. După ce ați măsurat volumul, puneți corpul în studiu pe cântar și notați valoarea masei. Important! Dacă examinați un lichid, nu uitați să țineți cont de masa vasului în care este turnată substanța examinată. Înlocuim valorile obținute experimental în formula descrisă mai sus și calculăm indicatorul dorit.

Trebuie spus că acest indicator pentru diferite gaze este mult mai dificil de calculat fără instrumente speciale, prin urmare, dacă aveți nevoie de valorile acestora, este mai bine să utilizați valori gata făcute din tabelul densităților substanțelor.

De asemenea, se folosesc instrumente speciale pentru măsurarea acestei valori:

• Picnometrul arată densitatea reală.
• Hidrometrul este conceput pentru a măsura acest indicator în lichide.
• Burghiul lui Kaczynski și burghiul lui Seidelman sunt dispozitive folosite pentru examinarea solurilor.
• Un densimetru al vibrațiilor este utilizat pentru a măsura o anumită cantitate de lichid și diferite gaze sub presiune.

Instrucţiuni

Deci, toată lumea nu a știut de mult că densitatea unei substanțe, fie ea un agregat lichid sau solid, poate fi calculată ca masă împărțită la volum. Adică, pentru a determina experimental densitatea apei lichide obișnuite, trebuie să: 1) Luați un cilindru de măsurare și cântăriți-l.
2) Turnați apă în el și înregistrați volumul pe care îl ocupă.
3) Se cântărește cilindrul cu apă.
4) Calculați diferența de masă, obținând masa apei.
5) Calculați densitatea prin formula cunoscuta

Cu toate acestea, am observat că valorile densității diferă la diferite temperaturi. Dar cel mai uimitor lucru este legea prin care se produce schimbarea. Oamenii de știință din întreaga lume sunt încă nedumeriți cu privire la acest fenomen. Nimeni nu poate rezolva misterul și răspunde la întrebarea: „De ce valoarea densității în timpul încălzirii este de la 0 la 3,98 și după 3,98?” Cu câțiva ani în urmă, fizicianul japonez Masakazu Matsumoto a propus un model pentru structura moleculelor de apă. Conform acestei teorii, în apă se formează anumite microformații poligonale - vitrita, care la rândul lor prevalează asupra fenomenului de alungire. legături de hidrogenși comprimă moleculele de apă. Cu toate acestea, această teorie nu a fost încă confirmată experimental. Mai jos este prezentat un grafic al densității în funcție de temperatură. Pentru a-l utiliza aveți nevoie de: 1) Găsiți valoarea temperaturii de care aveți nevoie pe axa corespunzătoare.
2) Coborâți perpendiculara pe grafic. Marcați punctul de intersecție al dreptei și al funcției.
3) Din punctul rezultat, trasați o linie paralelă cu axa temperaturii și axa densității. Punctul de intersecție este valoarea dorită Exemplu: Lăsați temperatura apei să fie de 4 grade, apoi densitatea, după construcție, se dovedește a fi egală cu 1 g/cm^3. Ambele valori sunt aproximative.

Pentru a determina o valoare mai precisă a densității, trebuie să utilizați tabelul. Dacă nu există date acolo pentru valoarea temperaturii de care aveți nevoie, atunci: 1) Găsiți valorile între care se află valoarea dorită. Pentru o mai bună înțelegere, să ne uităm la un exemplu. Lăsați să fie necesară densitatea apei la o temperatură de 65 de grade. Este între 60 și 70.
2) Desenați plan de coordonate. Specificați axa x ca temperatură și axa y ca densitate. Marcați punctele pe care le cunoașteți pe grafic (A și B). Conectați-le cu o linie dreaptă.
3) Coborâți perpendiculara de la valoarea temperaturii de care aveți nevoie la segmentul obținut mai sus, marcați-l ca punct C.
4) Marcați punctele D, E, F așa cum se arată pe grafic.
5) Acum este clar că triunghiurile ADB și AFC sunt similare. Atunci următoarea relație este valabilă:
AD/AF=DB/EF, prin urmare:
(0,98318-0,97771)/(0,98318-x)=(70-60)/(65-60);
0,00547/(0,98318-x)=2
1,96636-2x=0,00547
x=0,980445
În consecință, densitatea apei la 65 de grade este de 0,980445 g/cm^3
Această metodă de găsire a unei valori se numește metoda de interpolare.

Să punem pe cântar cilindri de fier și aluminiu de același volum (Fig. 122). Echilibrul balanței a fost perturbat. De ce?

Orez. 122

Efectuarea munca de laborator, v-ați măsurat greutatea corporală comparând greutatea greutăților cu greutatea corporală. Când cântarul era în echilibru, aceste mase erau egale. Dezechilibrul înseamnă că masele corpurilor nu sunt aceleași. Masa cilindrului de fier este mai mare decât masa celui de aluminiu. Dar volumele cilindrilor sunt egale. Aceasta înseamnă că o unitate de volum (1 cm3 sau 1 m3) de fier are o masă mai mare decât aluminiul.

Masa unei substanțe conținută într-o unitate de volum se numește densitatea substanței. Pentru a găsi densitatea, trebuie să împărțiți masa unei substanțe la volumul ei. Densitatea este notată cu litera greacă ρ (rho). Apoi

densitate = masa/volum

ρ = m/V.

Unitatea SI de densitate este 1 kg/m3. Densități diverse substanțe determinată experimental și prezentată în tabelul 1. În figura 123 sunt prezentate masele de substanțe cunoscute de tine într-un volum V = 1 m 3.

Orez. 123

Densitatea solidelor, lichidelor și gazelor
(la presiune atmosferică normală)

Cum înțelegem că densitatea apei este ρ = 1000 kg/m3? Răspunsul la această întrebare rezultă din formulă. Masa de apă într-un volum V = 1 m 3 este egală cu m = 1000 kg.

Din formula densității, masa unei substanțe

m = ρV.

Dintre două corpuri de volum egal, corpul cu cea mai mare densitate a materiei are masa mai mare.

Comparând densitățile fierului ρ l = 7800 kg/m 3 și ale aluminiului ρ al = 2700 kg/m 3, înțelegem de ce în experiment (vezi Fig. 122) masa unui cilindru de fier s-a dovedit a fi mai mare decât masa a unui cilindru de aluminiu de același volum.

Dacă volumul unui corp este măsurat în cm 3, atunci pentru a determina masa corporală este convenabil să se folosească valoarea densității ρ, exprimată în g/cm 3.

Formula densității substanței ρ = ​​m/V este utilizată pentru corpurile omogene, adică pentru corpurile formate dintr-o substanță. Acestea sunt corpuri care nu au cavități de aer sau nu conțin impurități ale altor substanțe. Puritatea substanței este judecată după densitatea măsurată. Există, de exemplu, vreun metal ieftin adăugat în interiorul unui lingot de aur?

Gândește și răspunde

1. Cum s-ar schimba echilibrul cântarului (vezi Fig. 122) dacă în loc de un cilindru de fier s-ar pune pe o cană un cilindru de lemn de același volum?
2. Ce este densitatea?
3. Densitatea unei substanțe depinde de volumul acesteia? De la mase?
4. În ce unități se măsoară densitatea?
5. Cum se trece de la unitatea de densitate g/cm 3 la unitatea de densitate kg/m 3?

Interesant de știut!

De regulă, o substanță în stare solidă are o densitate mai mare decât în ​​stare lichidă. Excepția de la această regulă este gheața și apa, constând din molecule de H 2 O. Densitatea gheții este ρ = 900 kg/m 3, densitatea apei? = 1000 kg/m3. Densitatea gheții este mai mică decât densitatea apei, ceea ce indică o împachetare mai puțin densă a moleculelor (adică, distanțe mai mari între ele) în starea solidă a substanței (gheață) decât în ​​starea lichidă (apa). În viitor, vei întâlni foarte multe anomalii interesante(anomalii) în proprietățile apei.

Densitatea medie a Pământului este de aproximativ 5,5 g/cm 3 . Aceasta și altele cunoscută științei faptele ne-au permis să tragem câteva concluzii despre structura Pământului. Grosimea medie a scoarței terestre este de aproximativ 33 km. Scoarța terestră este compusă în principal din sol și roci. Densitatea medie a scoarței terestre este de 2,7 g/cm 3, iar densitatea rocilor aflate direct sub scoarta terestra- 3,3 g/cm3. Dar ambele valori sunt mai mici de 5,5 g/cm 3, adică mai puține densitate medie Pământ. Rezultă că densitatea substanței situată în adâncuri glob, mai mare decât densitatea medie a Pământului. Oamenii de știință sugerează că în centrul Pământului densitatea substanței ajunge la 11,5 g/cm 3, adică se apropie de densitatea plumbului.

Densitatea medie a țesutului corpului uman este de 1036 kg/m3, densitatea sângelui (la t = 20°C) este de 1050 kg/m3.

Lemnul de balsa are o densitate scăzută a lemnului (de 2 ori mai mică decât pluta). Din el sunt făcute plute și curele de salvare. În Cuba crește arborele de păr înțepător Eshinomena, al cărui lemn are o densitate de 25 de ori mai mică decât densitatea apei, adică ρ = 0,04 g/cm 3 . Arborele șarpelui are o densitate foarte mare a lemnului. Un copac se scufundă în apă ca o piatră.

Fă-o singur acasă

Măsurați densitatea săpunului. Pentru a face acest lucru, utilizați un săpun în formă dreptunghiulară. Compară densitatea pe care ai măsurat-o cu valorile obținute de colegii tăi. Valorile densității rezultate sunt egale? De ce?

Interesant de știut

Deja în timpul vieții celebrului om de știință grec antic Arhimede (Fig. 124), s-au format legende despre el, motiv pentru care invențiile sale i-au uimit pe contemporanii săi. Una dintre legende spune că regele siracuza Heron al II-lea i-a cerut gânditorului să stabilească dacă coroana lui era din aur pur sau dacă bijutierul a amestecat o cantitate semnificativă de argint în ea. Desigur, coroana trebuia să rămână intactă. Nu i-a fost greu lui Arhimede să determine masa coroanei. Mult mai dificil a fost măsurarea cu precizie a volumului coroanei pentru a calcula densitatea metalului din care a fost turnată și a determina dacă era aur pur. Dificultatea a fost că a fost o formă greșită!

Orez. 124

Într-o zi, Arhimede, absorbit de gânduri despre coroană, făcea o baie, unde i-a venit o idee genială. Volumul coroanei poate fi determinat prin măsurarea volumului de apă deplasat de aceasta (sunteți familiarizat cu această metodă de măsurare a volumului unui corp formă neregulată). După ce a determinat volumul coroanei și masa acesteia, Arhimede a calculat densitatea substanței din care bijutierul a făcut coroana.

După cum spune legenda, densitatea substanței coroanei s-a dovedit a fi mai mică decât densitatea aurului pur, iar bijutierul necinstit a fost prins în înșelăciune.

Exerciții

1. Densitatea cuprului este ρ m = 8,9 g/cm 3, iar densitatea aluminiului este ρ al = 2700 kg/m 3. Care substanță este mai densă și de câte ori?
2. Determinați masa unei plăci de beton al cărei volum este V = 3,0 m 3.
3. Din ce substanță este formată o minge cu volumul V = 10 cm 3 dacă masa ei m = 71 g?
4. Determinați masa geamului a cărui lungime a = 1,5 m, înălțime b = 80 cm și grosime c = 5,0 mm.
5. Masa totală N = 7 foi identice de fier pentru acoperiș m = 490 kg. Dimensiunea fiecărei foi este de 1 x 1,5 m. Determinați grosimea foii.
6. Cilindrii din oțel și aluminiu au aceeași suprafață secţiune transversalăși mase. Care cilindru are înălțimea mai mare și cu cât?

Densitatea este intensitatea distribuției unei cantități peste alta.

Termenul combină mai multe concepte diferite, precum: densitatea materiei; densitatea optică; densitatea populației; densitatea clădirii; densitatea focului și multe altele. Să ne uităm la două concepte legate de testarea nedistructivă.

1. Densitatea substanței.

În fizică, densitatea unei substanțe este masa acestei substanțe conținută într-o unitate de volum în condiții normale. Corpurile de același volum, formate din substanțe diferite, au mase diferite, ceea ce le caracterizează densitatea. De exemplu, două cuburi de aceeași dimensiune, din fontă și aluminiu, vor diferi ca greutate și densitate.

Pentru a calcula densitatea unui corp, trebuie să-i determinați cu precizie masa și să o împărțiți la volumul exact al acestui corp.

kg/m3
— Unități de măsură
densitate în internațional
sistemul de unitati (SI)

g/cm 3
— Unități de măsură
densitate în sistemul GHS

Să derivăm o formulă pentru calcularea densității.

De exemplu, să determinăm densitatea betonului. Să luăm un cub de beton de 2,3 kg cu o latură de 10 cm. Calculați volumul cubului.

Înlocuiți datele în formulă.

Obținem o densitate de 2.300 kg/m3.

De ce depinde densitatea unei substanțe?

Densitatea unei substanțe depinde de temperatură. Deci, în marea majoritate a cazurilor, pe măsură ce temperatura scade, densitatea crește. Excepțiile sunt apa, fonta, bronzul și alte substanțe care se comportă diferit într-un anumit interval de temperatură. Apa, de exemplu, are densitatea maximă la 4 °C. Pe măsură ce temperatura crește sau scade, densitatea va scădea.

De asemenea, densitatea unei substanțe se modifică atunci când starea ei de agregare se modifică. Crește brusc pe măsură ce o substanță trece de la gazos la stare lichidă, și apoi - în solid. Există și excepții aici: densitatea apei, bismutului, siliciului și a altor substanțe scade în timpul solidificării.

Cum se măsoară densitatea unei substanțe?

Pentru a măsura densitatea diferitelor substanțe, se folosesc instrumente și dispozitive speciale. Astfel, densitatea lichidelor și concentrația soluțiilor sunt măsurate cu diverse hidrometre. Mai multe soiuri de picnometre sunt concepute pentru a măsura densitatea solide, lichide și gaze.

2. Densitatea optică.

În fizică, densitatea optică este capacitatea materialelor transparente de a absorbi lumina și a materialelor opace de a o reflecta. Acest concept în majoritatea cazurilor caracterizează gradul de atenuare a radiației luminoase pe măsură ce trece prin straturi și pelicule de diferite substanțe.

Densitatea optică este de obicei exprimată ca logaritmul zecimal al raportului dintre fluxul de radiație incident asupra unui obiect și fluxul care trece prin obiect sau reflectat de acesta:

Densitate optică = logaritm (flux de radiație incident pe un obiect unde D - densitate optică; F 0 - flux de radiație incident asupra unui obiect; F - flux de radiație care trece printr-un obiect sau reflectat de acesta).