Jaka jest definicja gęstości i jej jednostka SI?
Gęstość (Density) to masa substancji w jednostce objętości, symbol ρ (grecka litera rho), wzór definicyjny ρ=m/V, czyli masa podzielona przez objętość. Jednostka SI to kg/m³ (kilogram na metr sześcienny). Gęstość czystej wody w 4°C wynosi około 1000 kg/m³ = 1 g/cm³ = 1 kg/dm³, co jest wygodną wartością bazową do zapamiętania. Gęstość jest właściwością inherentną substancji, może być używana do identyfikacji substancji, obliczeń wyporu, analizy mechaniki płynów itp.
Jaka jest relacja między g/cm³, kg/dm³, kg/L? Jaki to ma związek z wodą?
1 g/cm³ = 1 kg/dm³ = 1 kg/L = 1000 kg/m³, te jednostki mają równe wartości, wszystkie równe gęstości czystej wody w 4°C. Dzieje się tak, ponieważ 1 cm³ = 1 mL = 1 cc = 10⁻⁶ m³, 1 dm³ = 1 L = 0,001 m³. Dlatego gęstość wody wyrażona w różnych jednostkach to dokładnie: 1000 kg/m³, 1 g/cm³, 1 kg/dm³, 1 kg/L, bardzo wygodne do zapamiętania.
Dlaczego w podręcznikach inżynierskich i materiałowych powszechnie używa się g/cm³?
Zakres wartości g/cm³ dokładnie obejmuje gęstości typowych ciał stałych i cieczy: woda 1,0, alkohol 0,79, benzyna 0,72, ciało ludzkie około 1,02, aluminium 2,70, żelazo 7,87, miedź 8,96, ołów 11,34, złoto 19,32, osm 22,57, wszystkie wartości mieszczą się w zakresie 0,6~23, wystarczą liczby całkowite lub jedno-dwa miejsca dziesiętne, wygodne do czytania i zapamiętywania. Natomiast przy użyciu kg/m³ te liczby są trzycyfrowe (woda 1000, żelazo 7870, miedź 8960), co też jest jasne, ale ma 3 dodatkowe zera.
Jak używać lb/ft³, lb/in³, lb/gal?
Brytyjskie jednostki gęstości są nadal powszechnie używane w inżynierii brytyjskiej i amerykańskiej, lotnictwie i kosmonautyce, przemyśle naftowym, budownictwie: 1 lb/ft³ (funt na stopę sześcienną) ≈ 16,02 kg/m³, jest powszechną jednostką dla ciężaru objętościowego materiałów budowlanych i gęstości powietrza (powietrze około 0,0765 lb/ft³, woda około 62,4 lb/ft³); 1 lb/in³ (funt na cal sześcienny) ≈ 27 680 kg/m³, używana w obliczeniach naprężeń w metalach o wysokiej wytrzymałości i inżynierii mechanicznej; lb/USgal (funt na galon amerykański) i lb/UKgal (funt na galon brytyjski) są używane do transportu i proporcjonowania paliw ciekłych, roztworów chemicznych.
Jaka jest gęstość powszechnych substancji?
Gęstości powszechnych materiałów (g/cm³, wartości przybliżone): Gazy — powietrze 0,0012, wodór 0,00009; Ciecze — benzyna 0,72, alkohol 0,79, woda 1,00, woda morska 1,025, mleko 1,03, kwas siarkowy 1,84, rtęć 13,55; Metale — magnez 1,74, aluminium 2,70, tytan 4,51, żelazo/stal 7,87, miedź 8,96, srebro 10,49, ołów 11,34, złoto 19,32, osm 22,57 (najgęstszy w skorupie ziemskiej); Inne — lód 0,92 (unosi się na wodzie), ciało ludzkie 1,02, szkło 2,5, beton 2,4, drewno 0,4~0,8, tworzywa sztuczne 0,9~1,4.
Jaka jest różnica między gęstością a ciężarem właściwym (gęstością względną)?
Ciężar właściwy (Specific Gravity, SG) to stosunek gęstości substancji do gęstości wody (w 4°C), jest bezwymiarową liczbą czystą. Ciężar właściwy = ρ/ρ_woda, dlatego wartość ciężaru właściwego jest równa wartości gęstości w g/cm³ lub kg/dm³ (ponieważ woda = 1 g/cm³). Na przykład gęstość żelaza 7,87 g/cm³ odpowiada ciężarowi właściwemu 7,87, ołowiu 11,34 odpowiada ciężarowi właściwemu 11,34. Ciężar właściwy jest szeroko stosowany w przemyśle naftowym, chemicznym, winiarskim, stopień API, zawartość alkoholu, stopnie Baumé są wskaźnikami pochodnymi ciężaru właściwego.
Co decyduje o tym, czy obiekt unosi się czy tonie w cieczy?
Według zasady wyporu Archimedesa: gdy średnia gęstość obiektu < gęstość cieczy, obiekt unosi się, gdy > tonie, gdy = zawieszony. Na przykład: gęstość lodu 0,92 g/cm³ < woda 1,0, dlatego góry lodowe unoszą się na wodzie (90% pod wodą); żelazo 7,87 jest znacznie większe od wody, więc tonie, ale statki żelazne mogą unosić się, ponieważ dzięki pustej przestrzeni średnia gęstość całości < woda; gęstość ciała ludzkiego około 1,02 jest nieco większa od wody, tonie po wydechu, może unosić się po wdechu lub napełnieniu płuc powietrzem; Morze Martwe ma bardzo wysokie stężenie soli, gęstość około 1,24 g/cm³, ludzie mogą łatwo unosić się na nim.
Dlaczego gęstość gazów jest wyrażana w kg/m³ a nie w g/cm³?
W warunkach normalnych (0°C, 1 atm) gęstość gazów jest znacznie mniejsza niż cieczy i ciał stałych: powietrze około 1,29 kg/m³ = 0,00129 g/cm³, wyrażenie w g/cm³ dałoby wiele wiodących zer (0,00129), co jest niewygodne do czytania. Przy użyciu kg/m³ powietrze to 1,29, wodór 0,09, tlen 1,43, dwutlenek węgla 1,98, chlor 3,21, wartości są bardziej intuicyjne. Gęstość gazów jest silnie zależna od temperatury i ciśnienia (dla gazu doskonałego ρ=PM/RT), zwykle podaje się warunki temperatury i ciśnienia.
Jaka jest różnica między ciężarem objętościowym, gęstością pozorną, gęstością rzeczywistą?
Gęstość rzeczywista (True Density) to gęstość samego materiału (bez porów), np. stal 7,87 g/cm³; gęstość pozorna (Apparent Density) to gęstość bloku włącznie z wewnętrznymi porami zamkniętymi; ciężar objętościowy/gęstość objętościowa (Bulk Density) to ogólna gęstość materiałów sypkich/proszkowych podczas naturalnego gromadzenia, włącznie z pustkami, np. ciężar objętościowy cementu sypkiego około 1300 kg/m³, suchego piasku 1600 kg/m³, ryżu około 600 kg/m³, woda w inżynierii jest również często wyrażana jako ciężar objętościowy γ=9,8 kN/m³ (lub uproszczony 10 kN/m³).
Jakie znaczenie inżynierskie mają różnice w gęstości metali?
Gęstość bezpośrednio decyduje o wadze części o tej samej objętości, jest kluczem do lekkiej konstrukcji w lotnictwie i kosmonautyce, motoryzacji, produktach 3C: aluminium 2,7 jest o około 2/3 lżejsze od stali 7,87, magnez 1,74 jest lżejszy ale ma niższą wytrzymałość; tytan 4,5 jest o 43% lżejszy od stali ale ma wysoką wytrzymałość i odporność na korozję, używany w lotnictwie/medycynie; kompozyty węglowe około 1,6, są pierwszym wyborem do lekkiej konstrukcji w lotnictwie i kosmonautyce; ołów 11,34, wolfram 19,3, uran zubożony 19,1 są używane jako obciążniki, ekrany przeciwpromienne, pociski przeciwpancerzne; miedź 8,96, srebro 10,5 mają wysoką gęstość i dobrą przewodność, używane w drutach/stykach.
Jaki jest związek między gęstością cieczy a temperaturą?
Gęstość cieczy zwykle maleje wraz ze wzrostem temperatury (rozszerzalność cieplna), woda ma największą gęstość (1000 kg/m³) w 3,98°C, powyżej lub poniżej tej temperatury gęstość jest nieco mniejsza (to jest powód, dla którego woda w 4°C jest definiowana jako baza gęstości). Gęstość paliwa zmienia się wyraźnie z temperaturą: gęstość benzyny około 0,72~0,78 g/cm³, latem rozszerza się, objętość wzrasta, ta sama masa zajmuje większą objętość; paliwo lotnicze jest mierzone wagowo (kg lub lb) a nie objętościowo (L lub gal), ponieważ zmiany objętości przy różnych temperaturach wpływają na obliczenia zasięgu lotu.
Jakie jednostki gęstości obsługuje to narzędzie? Dlaczego nie ma g/mL, oz/gal?
To narzędzie obsługuje 7 jednostek gęstości: kg/m³, g/cm³, kg/dm³, lb/ft³, lb/in³, lb/USgal, lb/UKgal, obejmując ponad 90% scenariuszy codziennego użytku w fizyce, inżynierii, materiałoznawstwie, chemii przemysłowej. Należy pamiętać, że g/mL ma dokładnie taką samą wartość jak g/cm³ (1 mL = 1 cm³), kg/L ma taką samą wartość jak kg/dm³, dlatego nie ma potrzeby ich powtarzania; oz/gal (uncja na galon) jest używany głównie w określonych scenariuszach stężenia w uzdatnianiu wody/chemii, lb/gal już obejmuje główne potrzeby przeliczania gęstości cieczy w systemie brytyjskim.
