Om die digtheid van vloeistowwe en vaste stowwe te bepaal, moet jy hul massa en volume ken. As daar geen probleme met die meting van die massa is nie, kan die presiese waarde van die volume van die liggaam gevind word as dit 'n bekende gereelde geometriese vorm het, byvoorbeeld die vorm van 'n prisma of piramide. As die liggaam 'n arbitrêre vorm het, is dit onmoontlik om sy volume akkuraat te bepaal deur standaard geometriese middele. Die digtheidswaarde van 'n vloeistof of vaste stof kan egter met hoë akkuraatheid gemeet word deur 'n hidrostatiese balans te gebruik.
Historiese agtergrond
Die mensdom het sedert antieke tye belanggestel in die kwessie van die meting van die volume en digtheid van liggame. Volgens oorlewende historiese bewyse is die opgemerkte probleem eers suksesvol deur Archimedes opgelos toe hy die opdrag aan hom gegee het om vas te stel of die goue kroon vals was.
Archimedeshet in die III eeu vC geleef. Ná die ontdekking daarvan het dit die mensdom byna 2000 jaar geneem om’n uitvinding te skep wat die fisiese beginsel gebruik wat die Griek in sy werk geformuleer het. Dit is 'n hidrostatiese balans. Uitgevind deur Galileo in 1586. Hierdie balanse is lank reeds die belangrikste manier om die digtheid van verskeie vloeistowwe en vaste stowwe akkuraat te meet. 'n Foto van Galileo se hidrostatiese balans word hieronder getoon.
Daarna het hul verskeidenheid verskyn - Mohr-Westphal skubbe. In hulle, in plaas van twee identiese hefbome, is slegs een gebruik, waaraan die gemete vrag opgehang is, en waarlangs vragte van 'n bekende massa gegly het om balans te verkry. Mohr-Westphal-skubbe word hieronder getoon.
Tans word hidrostatiese balanse selde in wetenskaplike laboratoriums gesien. Hulle is vervang deur meer akkurate en maklik-om-te gebruik instrumente soos die piknometer of elektroniese skale.
komponente van Galileo se skale
Hierdie toestel het twee arms van dieselfde lengte wat vrylik om 'n sentrale horisontale as kan draai. 'n Koppie hang aan die einde van elke hefboom. Dit is ontwerp om gewigte van bekende massa te hou. Daar is 'n haak aan die onderkant van die koppies. Jy kan verskillende vragte daaraan hang.
Benewens die gewigte, bevat die hidrostatiese balans twee metaalsilinders. Hulle het dieselfde volume, net een van hulle is heeltemal van metaal gemaak, en die tweede is hol. 'n Glassilinder is ook ingesluit.wat tydens metings met vloeistof gevul word.
Die betrokke instrument word gebruik om die wet van Archimedes te demonstreer en om die digtheid van vloeistowwe en vaste stowwe te bepaal.
Demonstrasie van die wet van Archimedes
Archimedes het vasgestel dat 'n liggaam wat in 'n vloeistof gedompel is, dit verplaas, en die gewig van die verplaasde vloeistof is presies gelyk aan die dryfkrag wat opwaarts op die liggaam inwerk. Ons sal wys hoe hierdie wet met behulp van 'n hidrostatiese balans geverifieer kan word.
Aan die linkerbak van die toestel sal ons eers 'n hol metaalsilinder hang, en dan 'n volle een. Ons sit gewigte aan die regterkant van die weegskaal om die toestel te balanseer. Kom ons vul nou die glassilinder met water en plaas die volle metaalgewig van die linkerbak daarin sodat dit heeltemal onder water is. Daar kan waargeneem word dat die gewig van die regterbak groter sal wees, en die balans van die toestel sal versteur word.
Dan trek ons water in die hol boonste silinder. Kom ons kyk hoe die skale weer hul balans herstel. Aangesien die volumes van metaalsilinders gelyk is, blyk dit dat die gewig van water wat deur 'n vol silinder verplaas word, gelyk sal wees aan die krag wat dit uit die vloeistof stoot.
Die prent hieronder illustreer die ervaring wat beskryf word.
Digtheidmeting van vaste stowwe
Dit is een van die hooftake van hidrostatiese weegskale. Die eksperiment word in die vorm van die volgende stappe uitgevoer:
- Die gewig van die liggaam word gemeet, waarvan die digtheid gevind moet word. Om dit te doen, word dit aan die haak van een van die bakke opgehang, en gewigte van die toepaslike massa word op die tweede bak geplaas. Kom ons dui aan wat ons gevind hetmanier die waarde van die gewig van die vrag simbool m1.
- Die afgemete liggaam is heeltemal ondergedompel in 'n glassilinder gevul met gedistilleerde water. In hierdie posisie word die liggaam weer geweeg. Gestel die gemete massa was m2.
- Bereken die digtheidswaarde ρs van 'n vaste stof deur die volgende formule te gebruik:
ρs=ρlm1/(m 1- m2)
Hier ρl=1 g/cm3 is die digtheid van gedistilleerde water.
Om dus die digtheid van 'n vaste liggaam te bepaal, is dit nodig om sy gewig in lug en in 'n vloeistof waarvan die digtheid bekend is, te meet.
Bepaling van die digtheid van vloeistowwe
Die beginsel van Archimedes, wat die basis is vir die werking van hidrostatiese balanse, laat jou toe om die digtheid van enige vloeistof met behulp van die betrokke toestel te meet. Kom ons beskryf hoe dit gedoen word:
- 'n Willekeurige vrag word geneem. Dit kan 'n soliede metaalsilinder of enige ander liggaam van arbitrêre vorm wees. Dan word die vrag ondergedompel in 'n vloeistof met 'n bekende digtheid ρl1 en die gewig van die vrag word gemeet m1.
- Dieselfde vrag is heeltemal ondergedompel in 'n vloeistof met 'n onbekende digtheid ρl2. Skryf die waarde van sy massa in hierdie geval neer (m2).
- Die gemete waardes word in die formule vervang en bepaal die digtheid van die vloeistof ρl2:
ρl2=ρl1m2/m 1
Bgedistilleerde water word dikwels gebruik as 'n vloeistof met 'n bekende digtheid (ρl1=1 g/cm3).
Galileo se hidrostatiese balans is dus redelik maklik om te gebruik om die digtheid van stowwe en materiale te bepaal. Die akkuraatheid van hul resultate is binne 1%.
