მოდით განვიხილოთ სტატიაში, თუ როგორ უნდა ვიპოვოთ სიმკვრივე და რა არის ის. მრავალი სტრუქტურისა და სატრანსპორტო საშუალების დიზაინში გათვალისწინებულია მთელი რიგი ფიზიკური მახასიათებლები, რომლებიც უნდა ჰქონდეს კონკრეტულ მასალას. ერთ-ერთი მათგანია სიმკვრივე.
მასა და მოცულობა
გაშიფრეთ ორი ფიზიკური სიდიდის მნიშვნელობა, რომლებიც პირდაპირ კავშირშია მასთან - ეს არის მასა და მოცულობა. სანამ ჩვენ ვუპასუხებთ კითხვას, თუ როგორ უნდა ვიპოვოთ სიმკვრივე.
მასა არის მახასიათებელი, რომელიც აღწერს სხეულების ინერციულ თვისებებს და მათ უნარს გამოავლინონ გრავიტაციული მიზიდულობა ერთმანეთის მიმართ. SI სისტემაში მასა იზომება კილოგრამებში.
ინერციული და გრავიტაციული მასების ცნებები პირველად ფიზიკაში შემოიტანა ისააკ ნიუტონმა მექანიკისა და უნივერსალური გრავიტაციის კანონების ჩამოყალიბებისას.
მოცულობა სხეულის ექსკლუზიურად გეომეტრიული მახასიათებელია, რომელიც რაოდენობრივად ასახავს მის მიერ დაკავებული სივრცის ნაწილს. მოცულობა იზომება სიგრძის კუბურ ერთეულებში, მაგალითად, SI-ში არის კუბური მეტრი.
ცნობილი ფორმის სხეულებისთვის(პარალელეპიპედი, ბურთი, პირამიდა) ეს მნიშვნელობა შეიძლება განისაზღვროს სპეციალური ფორმულებით, არარეგულარული გეომეტრიული ფორმის ობიექტებისთვის მოცულობა განისაზღვრება სითხეში ჩაძირვით.
ფიზიკური რაოდენობის სიმკვრივე
ახლა შეგიძლიათ პირდაპირ გადახვიდეთ პასუხი კითხვაზე, თუ როგორ უნდა იპოვოთ სიმკვრივე. ეს მახასიათებელი განისაზღვრება სხეულის მასის თანაფარდობით იმ მოცულობასთან, რომელიც მას იკავებს, რაც მათემატიკურად იწერება შემდეგნაირად:
ρ=m/V.
ეს ტოლობა აჩვენებს ρ-ის ერთეულებს (კგ/მ3). ამრიგად, სიმკვრივე, მასა და მოცულობა დაკავშირებულია ერთი თანასწორობით, ხოლო ρ-ის მნიშვნელობა ნებისმიერი მასალისთვის გვიჩვენებს მისი მასის მოცულობით კონცენტრაციას.
მოვიყვანოთ მარტივი მაგალითი: თუ ხელში აიღებთ იმავე ზომის პლასტმასის და რკინის ბურთულებს, მაშინ მეორეს გაცილებით მეტი წონა ექნება, ვიდრე პირველს. ეს ფაქტი გამოწვეულია რკინის მაღალი სიმკვრივით პლასტმასისთან შედარებით.
ბუნებაში სიმკვრივეების თანაფარდობის ერთ-ერთი მთავარი გამოვლინება იქნება სხეულების აწევა. თუ სხეულს აქვს სითხეზე დაბალი სიმკვრივე, მაშინ ის მასში არასოდეს ჩაიძირება.
მასალების სიმკვრივე
როდესაც ვსაუბრობთ გარკვეული მასალების სიმკვრივეზე, ისინი გულისხმობენ მყარ ნივთიერებებს. გაზებს და სითხეებსაც აქვთ გარკვეული სიმკვრივე, მაგრამ მათზე აქ არ ვისაუბრებთ.
მყარი მასალები შეიძლება იყოს კრისტალური ან ამორფული. ρ-ის მნიშვნელობა დამოკიდებულია სტრუქტურაზე, ატომთაშორის მანძილებზე და მასალების ატომურ და მოლეკულურ მასებზე. მაგალითად, ყველა ლითონი არის კრისტალები და აქვს მინა ან ხეამორფული სტრუქტურა. ქვემოთ მოცემულია სხვადასხვა ტიპის ხის სიმკვრივის ცხრილი.
გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ამ შემთხვევაში მოცემულია საშუალო სიმკვრივე. რეალურ ცხოვრებაში, თითოეულ ხეს აქვს უნიკალური თვისებები, მათ შორის სიცარიელე, ფორები და ხეში ტენიანობის გარკვეული პროცენტის არსებობა.
ქვემოთ არის კიდევ ერთი ცხრილი. მასში, გ/სმ-ში3სიმკვრივეა ყველა სუფთა ქიმიური ელემენტი, რომლებიც ოთახის ტემპერატურაზეა.
ცხრილიდან ჩანს, რომ ყველა ელემენტს წყლის სიმკვრივეზე მეტი აქვს. გამონაკლისია მხოლოდ სამი ლითონი - ლითიუმი, კალიუმი და ნატრიუმი, რომლებიც არ იძირება, არამედ ცურავს წყლის ზედაპირზე.
როგორ იზომება სიმკვრივე ექსპერიმენტულად?
ფაქტობრივად, არსებობს შესწავლილი მახასიათებლის განსაზღვრის ორი ტექნიკა. პირველი არის სხეულის პირდაპირ აწონვა და მისი ხაზოვანი ზომების გაზომვა.
თუ სხეულის გეომეტრიული ფორმა რთულია, მაშინ გამოიყენება ე.წ. ჰიდროსტატიკური მეთოდი.
მისი არსი ასეთია: ჯერ აწონეთ სხეული ჰაერში. დავუშვათ, რომ მიღებული წონა იყო P1. ამის შემდეგ სხეული იწონება სითხეში ცნობილი სიმკვრივის ρl. სითხეში სხეულის წონა იყოს P2. მაშინ შესასწავლი მასალის ρ სიმკვრივის მნიშვნელობა იქნება:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
ამ ფორმულის მიღება შეუძლია თითოეულ სტუდენტს დამოუკიდებლად, თუ ის ითვალისწინებს არქიმედეს კანონსაღწერილი შემთხვევისთვის.
ისტორიულად ითვლება, რომ პირველად ჰიდროსტატიკური აწონვა გამოიყენა ბერძენმა ფილოსოფოსმა არქიმედესმა ყალბი ოქროს გვირგვინის დასადგენად. პირველი ჰიდროსტატიკური ნაშთები გამოიგონა გალილეო გალილეიმ XVI საუკუნის ბოლოს. ამჟამად ელექტრონული პიკნომეტრები და სიმკვრივის მრიცხველები ფართოდ გამოიყენება ρ-ის მნიშვნელობის ექსპერიმენტულად დასადგენად სითხეებში, მყარ სხეულებსა და აირებში.
სიმკვრივის თეორიული განმარტება
კითხვა, თუ როგორ უნდა ვიპოვოთ სიმკვრივე ექსპერიმენტულად, განხილული იყო ზემოთ. თუმცა, უცნობი მასალის ეს ρ თეორიულად შეიძლება მოიძებნოს. ამისათვის საჭიროა ვიცოდეთ ბროლის გისოსის ტიპი, ამ გისოსის პარამეტრები, აგრეთვე მისი შემქმნელი ატომების მასა. ვინაიდან ნებისმიერ ელემენტარულ კრისტალურ გისოსს აქვს გარკვეული გეომეტრიული ფორმა, ადვილია იპოვოთ ფორმულა მისი მოცულობის დასადგენად.
თუ კრისტალური მასალა შედგება რამდენიმე ქიმიური ელემენტისგან, როგორიცაა ლითონის შენადნობები, მაშინ მისი საშუალო სიმკვრივე შეიძლება განისაზღვროს შემდეგი მარტივი ფორმულით:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
სადაც mi, ρi არის i-ე კომპონენტის მასა და სიმკვრივე, შესაბამისად.
თუ მასალას აქვს ამორფული აგებულება, მაშინ თეორიულად მისი სიმკვრივის ზუსტად დადგენა შეუძლებელი იქნება და უნდა იქნას გამოყენებული ექსპერიმენტული ტექნიკა.
