विषय
- घनत्व क्या है?
- घनत्व बनाम विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण
- आर्किमिडीज सिद्धांत
- सॉलिड्स की घनत्व माप
- ठोस पदार्थों का समग्र घनत्व
जब आप शब्द देखते या सुनते हैं घनत्व, यदि आप सभी के कार्यकाल से परिचित हैं, तो यह सबसे अधिक संभावना है कि आपके दिमाग में "भीड़-नेस" की छवियों का सम्मन है: जाम से भरे शहर की सड़कें, कहते हैं, या आपके पड़ोस में एक पार्क के एक हिस्से में पेड़ों की असामान्य मोटाई।
और संक्षेप में, यही है कि घनत्व क्या संदर्भित करता है: किसी चीज़ की एक सांद्रता, जिसमें दृश्य में किसी भी चीज़ की कुल मात्रा पर जोर नहीं है लेकिन उपलब्ध स्थान में कितना वितरित किया गया है।
घनत्व भौतिक विज्ञान की दुनिया में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है। यह बुनियादी से संबंधित है मामला - रोजमर्रा की जिंदगी का सामान जो आम तौर पर (लेकिन हमेशा नहीं) देखा जा सकता है और महसूस किया जा सकता है या कम से कम किसी तरह से एक प्रयोगशाला सेटिंग में माप में कब्जा कर लिया जाता है - मूल स्थान के लिए, दुनिया को नेविगेट करने के लिए हम जो बहुत रूपरेखा का उपयोग करते हैं। पृथ्वी पर विभिन्न प्रकार के पदार्थ बहुत अलग घनत्व वाले हो सकते हैं, यहां तक कि अकेले ठोस पदार्थ के दायरे में भी।
ठोस पदार्थों का घनत्व माप तरल पदार्थ और गैसों के घनत्व को परखने में कार्यरत लोगों से अलग तरीकों का उपयोग करके किया जाता है। घनत्व को मापने का सबसे सटीक तरीका अक्सर प्रयोगात्मक स्थिति पर निर्भर करता है, और क्या आपके नमूने में ज्ञात भौतिक और रासायनिक गुणों या कई प्रकारों के साथ सिर्फ एक प्रकार का पदार्थ (सामग्री) शामिल है।
घनत्व क्या है?
भौतिकी में, सामग्री के नमूने का घनत्व उसकी मात्रा से विभाजित नमूने का कुल द्रव्यमान हैइस बात की परवाह किए बिना कि नमूने में मामला कैसे वितरित किया गया है (एक चिंता जो प्रश्न में ठोस के यांत्रिक गुणों को प्रभावित करती है)।
किसी चीज़ का एक उदाहरण जिसमें किसी दी गई सीमा के भीतर एक पूर्वानुमेय घनत्व होता है, लेकिन साथ ही साथ घनत्व के स्तर में बहुत भिन्नता होती है, मानव शरीर है, जो पानी, हड्डी और अन्य प्रकार के ऊतक के अधिक या कम निश्चित अनुपात से बना होता है।
घनत्व और द्रव्यमान दोनों अक्सर साथ भ्रमित होते हैं वजन, हालांकि शायद अलग-अलग कारणों से। वजन केवल गुरुत्वाकर्षण बल है जो पदार्थ या द्रव्यमान पर अभिनय के त्वरण से उत्पन्न होता है: एफ = मिलीग्राम। पृथ्वी पर, गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण का मान 9.8 m / s है2। ए द्रव्यमान इस प्रकार 10 किग्रा वजन (10 किग्रा) (9.8 मी। / से2) = 98 न्यूटन (एन)।
वजन खुद भी घनत्व के साथ उलझन में है, एक ही आकार की दो वस्तुओं को दिए जाने वाले साधारण कारण के लिए, उच्च घनत्व वाला व्यक्ति वास्तव में अधिक वजन का होगा। यह पुरानी चाल के प्रश्न का आधार है, "किसका वजन अधिक होता है, एक पाउंड पंख या एक पाउंड लीड?" एक पाउंड एक पाउंड है चाहे जो भी हो, लेकिन यहां कुंजी यह है कि पंखों का पाउंड कहीं अधिक स्थान ले लेगा क्योंकि लीड के पाउंड से कहीं अधिक घनत्व होगा।
घनत्व बनाम विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण
घनत्व के साथ एक भौतिकी शब्द निकटता से संबंधित है विशिष्ट गुरुत्व (एसजी)। यह किसी दिए गए पदार्थ का घनत्व है जो पानी के घनत्व से विभाजित होता है। पानी का घनत्व सामान्य कमरे के तापमान पर 25 ° C पर ठीक 1 g / mL (या समतुल्य, 1 किलो / L) के रूप में परिभाषित किया गया है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एसआई (अंतरराष्ट्रीय प्रणाली, या "मीट्रिक") इकाइयों में एक लीटर की बहुत परिभाषा पानी की मात्रा है जिसमें 1 किलो का द्रव्यमान होता है।
सतह पर, फिर, यह एसजी को जानकारी का एक तुच्छ टुकड़ा बना देगा: 1 से विभाजित क्यों करें? वास्तव में, इसके दो कारण हैं। एक यह है कि पानी और अन्य सामग्रियों का घनत्व कमरे के तापमान की सीमा के भीतर भी तापमान के साथ थोड़ा भिन्न होता है, इसलिए जब सटीक माप की आवश्यकता होती है, तो इस भिन्नता का हिसाब रखना पड़ता है क्योंकि ρ का मूल्य तापमान पर निर्भर होता है।
इसके अलावा, जबकि घनत्व में g / mL या इसके जैसी इकाइयाँ होती हैं, SG इकाई रहित होता है, क्योंकि यह केवल घनत्व द्वारा विभाजित घनत्व होता है। तथ्य यह है कि यह मात्रा केवल एक स्थिर है, कुछ गणनाओं को घनत्व से आसान बनाती है।
आर्किमिडीज सिद्धांत
शायद ठोस पदार्थों के घनत्व का सबसे बड़ा व्यावहारिक अनुप्रयोग निहित है आर्किमिडीज सिद्धांत, एक ही नाम के एक यूनानी विद्वान द्वारा सदियों पहले खोजा गया था। इस सिद्धांत का दावा है कि, जब किसी ठोस वस्तु को किसी तरल पदार्थ में रखा जाता है, तो वस्तु शुद्ध ऊपर की ओर होती है उत्प्लावक बल के बराबर वजन विस्थापित द्रव का।
यह बल वस्तु पर इसके प्रभाव की परवाह किए बिना समान है, जो इसे सतह की ओर धकेल सकता है (यदि वस्तु का घनत्व द्रव से कम है), तो इसे पूरी तरह से तैरने की अनुमति दें (यदि घनत्व घनत्व हो) वस्तु द्रव के बराबर है) या इसे डूबने की अनुमति दें (यदि वस्तु का घनत्व द्रव से अधिक है)।
प्रतीकात्मक रूप से, इस सिद्धांत को व्यक्त किया जाता है एफबी = डब्ल्यूच, कहाँ पे एफबी बोयंत बल और है डब्ल्यूच विस्थापित द्रव का वजन है।
सॉलिड्स की घनत्व माप
एक ठोस सामग्री के घनत्व को निर्धारित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले विभिन्न तरीकों में से, हीड्रास्टाटिक वजन पसंदीदा है क्योंकि यह सबसे सटीक है, यदि सबसे सुविधाजनक नहीं है। ब्याज की अधिकांश ठोस सामग्री आसानी से गणना किए गए वॉल्यूम के साथ स्वच्छ ज्यामितीय आकृतियों के रूप में नहीं होती है, जिसके लिए मात्रा का अप्रत्यक्ष निर्धारण आवश्यक होता है।
यह जीवन के कई क्षेत्रों में से एक है जो आर्किमिडीज सिद्धांत काम आता है। एक विषय को हवा में और ज्ञात घनत्व के एक तरल पदार्थ में तौला जाता है (पानी स्पष्ट रूप से एक उपयोगी विकल्प है)। यदि 60 किलोग्राम (डब्ल्यू = 588 एन) द्रव्यमान वाली "भूमि" के साथ कोई वस्तु वजन के लिए 50 एल पानी को विस्थापित करती है, तो इसका घनत्व 60 किलोग्राम / 50 एल = 1.2 किलोग्राम / एल होना चाहिए।
यदि, इस उदाहरण में, आप इस घने-थल-जल वस्तु को जगह-जगह निलंबित करके रखना चाहते हैं, तो बल के अतिरिक्त ऊपर की ओर बल लगाने से, इस बल का परिमाण क्या होगा? आप केवल विस्थापित पानी के वजन और वस्तु के वजन के बीच अंतर की गणना करते हैं: 588 एन - (50 किग्रा) (9.8 मीटर / सेकंड2) = 98 एन।
ठोस पदार्थों का समग्र घनत्व
कभी-कभी आपको एक ऐसी वस्तु के साथ प्रस्तुत किया जाता है जिसमें एक से अधिक प्रकार की सामग्री होती है, लेकिन मानव शरीर के उदाहरण के विपरीत, इन सामग्रियों को समान रूप से वितरित तरीके से शामिल किया जाता है। यही है, अगर आपने सामग्री का एक छोटा सा नमूना लिया, तो इसमें सामग्री A के समान सामग्री B का अनुपात होगा जैसा कि पूरी वस्तु करती है।
एक स्थिति जिसमें यह होता है संरचनात्मक इंजीनियरिंग में, जहां बीम और अन्य सहायक तत्व अक्सर दो प्रकार की सामग्री से बने होते हैं: मैट्रिक्स (एम) और फाइबर (एफ)। यदि आपके पास इस बीम का एक नमूना है जो इन दो तत्वों के ज्ञात अनुपात के अनुपात से बना है, और उनके व्यक्तिगत घनत्व को जानते हैं, तो आप समग्र के घनत्व की गणना कर सकते हैं (ρसी) निम्नलिखित समीकरण का उपयोग कर:
ρसी = ρएफवीएफ + ρमवीम,
कहां ρएफ और ρम और वीएफ और Vm प्रत्येक प्रकार की सामग्री में घनत्व या मात्रा अंश (यानी, फाइबर या मैट्रिक्स से युक्त बीम का प्रतिशत, दशमलव संख्या में परिवर्तित) होते हैं।
उदाहरण: किसी मिस्ट्री ऑब्जेक्ट के 1,000-एमएल के नमूने में 5 ग्राम / एमएल के घनत्व के साथ 70 प्रतिशत चट्टानी सामग्री और 2 जी / एमएल के घनत्व के साथ 30 प्रतिशत जेल जैसी सामग्री होती है। वस्तु का घनत्व (समग्र) क्या है?
ρसी = ρआरवीआर + ρजीवीजी = (5 ग्राम / एमएल) (0.70) + (2 ग्राम / एमएल) (0.30) = 3.5 + 0.6 = 4.1 ग्राम / एमएल.