მას შემდეგ რაც მოსწავლეები გაეცნენ ფიზიკაში ნივთიერებათა მასისა და მოცულობის ცნებას, ისინი სწავლობენ ნებისმიერი სხეულის მნიშვნელოვან მახასიათებელს, რომელსაც სიმკვრივე ჰქვია. ქვემოთ მოცემული სტატია ეძღვნება ამ მნიშვნელობას. სიმკვრივის ფიზიკური მნიშვნელობის კითხვები ქვემოთ მოცემულია. ასევე მოცემულია სიმკვრივის ფორმულა. აღწერილია მისი ექსპერიმენტული გაზომვის მეთოდები.
სიმკვრივის კონცეფცია
დავიწყოთ სტატია მატერიის სიმკვრივის ფორმულის პირდაპირი ჩანაწერით. ასე გამოიყურება:
ρ=m / V.
აქ m არის განხილული სხეულის მასა. ის გამოიხატება SI სისტემაში კილოგრამებში. ამოცანებში და პრაქტიკაში ასევე შეგიძლიათ იპოვოთ მისი საზომი სხვა ერთეულები, მაგალითად, გრამი ან ტონა.
ფორმულაში სიმბოლო V აღნიშნავს მოცულობას, რომელიც ახასიათებს სხეულის გეომეტრიულ პარამეტრებს. იგი იზომება SI-ში კუბურ მეტრებში, თუმცა ასევე გამოიყენება კუბური კილომეტრები, ლიტრი, მილილიტრი და ა.შ.
სიმკვრივის ფორმულა გვიჩვენებს ნივთიერების რა მასას შეიცავს ერთეულიმოცულობა. ρ-ის მნიშვნელობის გამოყენებით შეიძლება გამოვთვალოთ, რომელ სხეულს ექნება უფრო დიდი წონა თანაბარი მოცულობით, ან რომელს ექნება უფრო დიდი მოცულობა თანაბარი მასებით. მაგალითად, ხე ნაკლებად მკვრივია, ვიდრე რკინა. ამრიგად, ამ ნივთიერებების თანაბარი მოცულობით, რკინის მასა მნიშვნელოვნად გადააჭარბებს იმავე მნიშვნელობას ხეზე.
შეფარდებითი სიმკვრივის კონცეფცია
ამ სიდიდის თავად სახელი მიუთითებს, რომ შესწავლილი მნიშვნელობა ერთი სხეულისთვის ჩაითვლება მეორის მსგავს მახასიათებელთან შედარებით. ფარდობითი სიმკვრივის ფორმულა ρr ასე გამოიყურება:
ρr=ρs / ρ0.
სადაც ρs არის გაზომილი მასალის სიმკვრივე, ρ0 არის სიმკვრივე, რომლის მიმართაც არის მნიშვნელობა ρ r იზომება . ცხადია, ρr არის განზომილებიანი. ის გვიჩვენებს რამდენჯერ არის გაზომილი ნივთიერება უფრო მკვრივი ვიდრე არჩეულ სტანდარტს.
თხევადი და მყარი ნივთიერებებისთვის, როგორც სტანდარტული ρ0 აირჩიეთ ეს მნიშვნელობა გამოხდილი წყლისთვის 4 oC ტემპერატურაზე. სწორედ ამ ტემპერატურაზე აქვს წყალს მაქსიმალური სიმკვრივე, რაც გამოთვლებისთვის მოსახერხებელი მნიშვნელობაა - 1000 კგ/მ3 ან 1 კგ/ლ.
გაზის სისტემებისთვის ჩვეულებრივია ჰაერის სიმკვრივის გამოყენება ატმოსფერულ წნევაზე და ტემპერატურაზე 0, როგორც სტანდარტული oC.
სიმკვრივის დამოკიდებულება წნევასა და ტემპერატურაზე
შესწავლილი მნიშვნელობა არ არის მუდმივი კონკრეტული სხეულისთვის,თუ შეცვლით მის ტემპერატურას ან გარე წნევას. თუმცა, სითხეები და მყარი ნივთიერებები შეკუმშვადია ბევრ სიტუაციაში, რაც იმას ნიშნავს, რომ მათი სიმკვრივე რჩება მუდმივი როგორც წნევის, ასევე ტემპერატურის ცვლილებისას.
წნევის გავლენა ვლინდება შემდეგნაირად: მისი გაზრდისას მცირდება საშუალო ატომთაშორისი და მოლეკულათაშორისი მანძილი, რაც ზრდის ნივთიერების მოლების რაოდენობას მოცულობის ერთეულზე. ასე რომ, სიმკვრივე იზრდება. საკვლევ მახასიათებელზე წნევის აშკარა გავლენა შეინიშნება გაზების შემთხვევაში.
ტემპერატურა აქვს წნევის საწინააღმდეგო ეფექტი. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მატერიის ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია იზრდება, ისინი იწყებენ უფრო აქტიურ მოძრაობას, რაც იწვევს მათ შორის საშუალო მანძილების ზრდას. ეს უკანასკნელი ფაქტი იწვევს სიმკვრივის შემცირებას.
ისევ, ეს ეფექტი უფრო გამოხატულია აირებზე, ვიდრე თხევადი და მყარი. ამ წესიდან არის გამონაკლისი - ეს არის წყალი. ექსპერიმენტულად დადგენილია, რომ ტემპერატურის დიაპაზონში 0-4 oС მისი სიმკვრივე იზრდება გაცხელებასთან ერთად..
ერთგვაროვანი და არაერთგვაროვანი სხეულები
ზემოთ დაწერილი სიმკვრივის ფორმულა შეესაბამება ე.წ. საშუალო ρ განხილული სხეულისთვის. თუ მასში გამოვყოფთ მცირე მოცულობას, მაშინ გამოთვლილი მნიშვნელობა ρi შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს წინა მნიშვნელობისაგან. ეს ფაქტი დაკავშირებულია მასის არაერთგვაროვან განაწილებასთან მოცულობაზე. ამ შემთხვევაში, სიმკვრივეρi ეწოდება ლოკალურს.
მატერიის არაერთგვაროვანი განაწილების საკითხის გათვალისწინებით, საინტერესოა ერთი პუნქტის გარკვევა. როდესაც ვიწყებთ ელემენტარული მოცულობის განხილვას ატომურ მასშტაბებთან ახლოს, ირღვევა საშუალო უწყვეტობის ცნება, რაც ნიშნავს, რომ აზრი არ აქვს ადგილობრივი სიმკვრივის მახასიათებლის გამოყენებას. ცნობილია, რომ ატომის თითქმის მთელი მასა კონცენტრირებულია მის ბირთვში, რომლის რადიუსი არის დაახლოებით 10-13 მეტრი. ბირთვის სიმკვრივე შეფასებულია უზარმაზარი ფიგურით. ეს არის 2, 31017 კგ/მ3.
სიმკვრივის გაზომვა
ზემოთ ნაჩვენები იყო, რომ ფორმულის მიხედვით, სიმკვრივე უდრის მასისა და მოცულობის თანაფარდობას. ეს ფაქტი გვაძლევს საშუალებას განვსაზღვროთ მითითებული მახასიათებელი სხეულის უბრალოდ აწონვით და მისი გეომეტრიული პარამეტრების გაზომვით.
თუ სხეულის ფორმა ძალიან რთულია, მაშინ სიმკვრივის განსაზღვრის უნივერსალური მეთოდი იქნება ჰიდროსტატიკური აწონვა. იგი დაფუძნებულია არქიმედეს ძალის გამოყენებაზე. მეთოდის არსი მარტივია. სხეულს ჯერ ჰაერში აწონებენ, შემდეგ კი წყალში. წონის სხვაობა გამოიყენება უცნობი სიმკვრივის გამოსათვლელად. ამისათვის გამოიყენეთ შემდეგი ფორმულა:
ρ=ρლ P0 / (P0 - P ლ),
სადაც P0, Pლ - სხეულის წონა ჰაერში და სითხეში. შესაბამისად, ρl არის სითხის სიმკვრივე.
სიმკვრივის დასადგენად ჰიდროსტატიკური აწონვის მეთოდი, ლეგენდის მიხედვით, პირველად გამოიყენა ფილოსოფოსმა სირაკუზიდან.არქიმედეს. მან შეძლო, გვირგვინის ფიზიკური მთლიანობის დარღვევის გარეშე დაედგინა, რომ მის დასამზადებლად გამოიყენებოდა არა მხოლოდ ოქრო, არამედ სხვა ნაკლებად მკვრივი ლითონებიც.
