เครื่องคำนวณความหนาแน่น

เครื่องคำนวณความหนาแน่นจะช่วยคุณคำนวณความหนาแน่นของสสาร มวล และปริมาตร เนื่องจากพารามิเตอร์เหล่านี้มีความสัมพันธ์กัน คุณสามารถคำนวณพารามิเตอร์หนึ่งได้โดยรู้อีกสองพารามิเตอร์ ตัวอย่างเช่น หากคุณรู้มวลและปริมาตรของวัตถุ คุณสามารถคำนวณความหนาแน่นของวัตถุได้ หรือคุณสามารถใช้เครื่องคำนวณความหนาแน่นเพื่อกำหนดมวลของวัตถุหากคุณรู้ปริมาตรและความหนาแน่น

เครื่องคำนวณนี้สะดวกอย่างไม่น่าเชื่อเพราะคุณสามารถใช้มาตรการต่าง ๆ ในการคำนวณความหนาแน่น คุณสามารถใช้กรัม กิโลกรัม ออนซ์ และปอนด์เพื่อวัดมวลในเครื่องคำนวณความหนาแน่น มิลลิลิตร ลูกบาศก์เซนติเมตร ลูกบาศก์เมตร ลิตร ลูกบาศก์ฟุต และลูกบาศก์นิ้วสามารถใช้เพื่อวัดปริมาตรได้

คำจำกัดความของความหนาแน่นของสาร

ความหนาแน่นของสารคือมวลที่มีอยู่ในหน่วยปริมาตรภายใต้สภาวะปกติ

หน่วยความหนาแน่นที่ใช้กันมากที่สุดในโลกคือหน่วย SI ของกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร (กก./ม.³) และหน่วย CGS ของกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร (ก./ซม.³)หนึ่ง กก./ม³ เท่ากับ 1000 ก./ซม.³

ในสหรัฐอเมริกา ตามธรรมเนียม ความหนาแน่นแสดงเป็นปอนด์ต่อลูกบาศก์ฟุต

หนึ่งปอนด์ต่อลูกบาศก์ฟุต = 16.01846337395 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ดังนั้น ในการแปลงความหนาแน่นของสารจากหน่วย SI เป็นหน่วยของสหรัฐอเมริกาแบบดั้งเดิม ให้หารตัวเลขด้วย 16.01846337395 หรือเพียงแค่ 16 และในการแปลงความหนาแน่นของสารจากหน่วยสหรัฐอเมริกาเป็นหน่วย SI ให้คูณจำนวนด้วย 16

ตัวอักษรกรีก ρ มักใช้เพื่อแสดงถึงความหนาแน่น บางครั้งตัวอักษรละติน D และ d (จากภาษาละติน "densitas" หรือ "density") ถูกใช้ในสูตรความหนาแน่น

หากต้องการค้นหาความหนาแน่นของสาร ให้หารมวลด้วยปริมาตร ความหนาแน่น ρ คำนวณโดยใช้สูตรความหนาแน่น:

$$ρ=\frac{m}{V}$$

โดยที่ V คือปริมาตรที่ใช้โดยสารที่มีมวล m

เนื่องจากความหนาแน่น มวล และปริมาตรมีความสัมพันธ์กัน โดยรู้ความหนาแน่นและปริมาตร เราจึงสามารถคำนวณมวลได้:

$$m=ρ V$$

และเมื่อทราบถึงความหนาแน่นและมวลของสาร เราสามารถคำนวณปริมาตรได้:

$$V=\frac{m}{ρ}$$

ความหนาแน่นของสารต่างๆ

ความหนาแน่นของสารและวัสดุที่แตกต่างกันอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ

ความหนาแน่นของสารเดียวกันในสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซนั้นแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นของน้ำคือ 1000 กก./ม.³ น้ำแข็งประมาณ 900 กก./ม.³ และไอน้ำ 0.590 กก./ม.³

ความหนาแน่นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สถานะรวมของสาร และความดันภายนอก หากความดันเพิ่มขึ้น โมเลกุลของสารจะหนาแน่นขึ้น ดังนั้นความหนาแน่นจะมากขึ้น

การเปลี่ยนแปลงของความดันหรืออุณหภูมิของวัตถุมักจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่น เมื่ออุณหภูมิลดลง การเคลื่อนไหวของโมเลกุลในสารจะช้าลง และเนื่องจากมันช้าลง จึงต้องการพื้นที่น้อยลง สิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความหนาแน่น ในทางกลับกัน การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิมักจะนำไปสู่การลดลงของความหนาแน่น

กฎนี้ไม่รวมน้ำ เหล็กหล่อ ทองแดง และสารอื่น ๆ บางอย่างที่มีพฤติกรรมแตกต่างกันที่อุณหภูมิเฉพาะ

น้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 °C ซึ่งเท่ากับ 997 กก./ม.³ ความหนาแน่นของน้ำมักปัดเศษถึง 1000 กก//ม.³ เพื่อความสะดวกในการคำนวณ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นหรือลดลง ความหนาแน่นของน้ำจะลดลง น้ำแข็งไม่จมลงบนพื้นผิวน้ำเพราะมีความหนาแน่น 916.7 กก./ม.³

สาเหตุของคุณสมบัติของน้ำแข็งนี้เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน ตาข่ายคริสตัลน้ำแข็งดูเหมือนรังผึ้ง โดยมีโมเลกุลของน้ำเชื่อมต่อด้วยพันธะไฮโดรเจนในแต่ละมุมของทั้งหกมุม ระยะห่างระหว่างโมเลกุลของน้ำในสถานะของแข็งนั้นมากกว่าในรูปแบบของเหลว ซึ่งพวกมันเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและสามารถเข้าใกล้กันได้มากขึ้น

ความหนาแน่นของน้ำ บิสมัท และซิลิคอนยังลดลงเมื่อแข็งตัว

ความหนาแน่นของสสารเป็นตัวกำหนดว่าอะไรจะลอยและสิ่งที่จมลง วัตถุที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ (น้อยกว่า 1 ก./ซม.³) จะลอยอยู่บนน้ำ เช่น สไตโรโฟมหรือไม้

วัสดุที่มีความหนาแน่นสูง เช่น โลหะ คอนกรีต หรือแก้ว (มากกว่า 1 ก./ซม.³) จะจมลงในน้ำเนื่องจากความหนาแน่นสูงกว่าน้ำ

ลูกปืนใหญ่เหล็กจมอยู่ในน้ำเพราะความหนาแน่นของมันมากกว่าความหนาแน่นของน้ำ เรือเหล็กลอยอยู่ในมหาสมุทร แม้ว่าเหล็กจะหนาแน่นกว่าน้ำ แต่ภายในเรือส่วนใหญ่เต็มไปด้วยอากาศ และสิ่งนี้จะช่วยลดความหนาแน่นโดยรวมของเรือ หากเรือเป็นบล็อกเหล็กแข็ง มันก็จมลม

วัตถุที่จมอยู่ในน้ำเกลือมีแนวโน้มที่จะลอยมากกว่าในน้ำใสหรือน้ำประปา นั่นคือ พวกมันมีความลอยตัวมากขึ้น ผลกระทบนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแรงลอยตัวที่น้ำเกลือมีต่อวัตถุเนื่องจากความหนาแน่นมากขึ้น

ความหนาแน่นของของแข็ง

ตัวอย่าง

ลองนึกภาพว่าคุณเป็นประติมากรและกำลังจะซื้อบล็อกหินอ่อนเพื่อสร้างรูปปั้นเล็ก ๆ คุณได้พบบล็อกหินอ่อนที่มีขนาด 0.3 х 0.3 х 0.6 เมตรซึ่งเหมาะกับคุณในแง่ของคุณภาพและราคา วิธีการคำนวณน้ำหนักของบล็อกเพื่อให้เข้าใจวิธีที่ดีที่สุดในการขนส่ง?

ลองคูณมิติของบล็อกกันเพื่อคำนวณปริมาตรของบล็อก

0.3 × 0.3 × 0.6 = 0.054 ม.³

เรารู้ว่าความหนาแน่นของหินอ่อนคือ 2700 กก./ม.³ ดังนั้นเรากำลังมองหามวลของบล็อกโดยใช้สูตร:

$$m=ρ V$$

นั่นคือ 0.054 × 2700 = 145.8 กก.ดังนั้น บล็อกหินอ่อนที่คุณชอบจะมีน้ำหนักประมาณ 145.8 กิโลกรัม

ความหนาแน่นของของเหลว

ความหนาแน่นของก๊าซ

การรู้ความหนาแน่นของคาร์บอนมอนอกไซด์สามารถมีประโยชน์ในไฟที่ผลิตคาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งเป็นพิษต่อมนุษย์ คาร์บอนมอนอกไซด์มีน้ำหนักเบากว่าอากาศเล็กน้อย ดังนั้นจึงลอยขึ้นไปที่ด้านบนของห้อง ดังนั้น หากคุณอยู่ในห้องระหว่างเกิดไฟไหม้ ควรอยู่ต่ำและใกล้กับพื้นให้มากที่สุด

ความหนาแน่นของอาหารจำนวนมาก

ตัวอย่างการคำนวณ

คุณซื้อเมล็ดกาแฟหนึ่งซองน้ำหนัก 900 กรัม คุณมีกระป๋องกาแฟสำเร็จรูป 1.5 ลิตรที่บ้าน กาแฟทั้งหมดนี้จะพอดีกับขวดหรือไม่? ประการแรกควรจำไว้ว่าลิตรหนึ่งมี 1000 ซม.³ ดังนั้นเรามีขวดขนาด 1500 ซม.³

คำนวณปริมาตรของกาแฟโดยใช้มวลและความรู้เกี่ยวกับความหนาแน่น

$$V=\frac{m}{ρ}$$

ปริมาณของกาแฟจะเท่ากับ:

$$\frac{900}{0.43}= 2093.023255814\ cm³$$

ขวดที่มีอยู่ไม่เพียงพอสำหรับกาแฟทั้งหมดที่คุณซื้อ

ความหนาแน่นของวัสดุก่อสร้างจำนวนมาก:

แนวคิดของความหนาแน่นจำนวนมากใช้ในการวิเคราะห์วัสดุก่อสร้างจำนวนมาก (ทราย กรวด ดินเหนียวขยายตัว เป็นต้น) ตัวบ่งชี้นี้จำเป็นสำหรับการคำนวณการใช้ส่วนประกอบต่าง ๆ ของส่วนผสมก่อสร้างที่คุ้มค่า

ความหนาแน่นจำนวนมากเป็นค่าตัวแปร ภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง วัสดุที่มีน้ำหนักเท่ากันอาจใช้ปริมาตรต่างกัน นอกจากนี้ สำหรับปริมาตรเดียวกัน มวลอาจแตกต่างกันไป ยิ่งอนุภาคตื้นเท่าไหร่ ก็ยิ่งจัดเรียงกันในกองหนาแน่นมากขึ้นเท่านั้น ทรายมีความหนาแน่นสูงสุดของวัสดุก่อสร้าง ยิ่งเม็ดมีขนาดใหญ่เท่าไหร่ มีช่องว่างระหว่างพวกมันมากขึ้นเท่านั้น นอกจากขนาดแล้ว รูปร่างของเม็ดยังมีบทบาทสำคัญ อนุภาคที่บดอัดดีที่สุดคืออนุภาคในรูปแบบปกติ

การรู้ความหนาแน่นจำนวนมากเป็นสิ่งสำคัญเมื่อคุณรู้ปริมาตรของหลุมหรือคูที่ต้องเติม และคุณต้องการทราบน้ำหนักของวัสดุที่คุณต้องซื้อเพื่อจุดประสงค์นี้ การรู้ความหนาแน่นก็มีประโยชน์เช่นกันเมื่อคุณมีวัสดุขายเป็นกิโลกรัม และคุณต้องรู้ปริมาณของมัน และข้อมูลเกี่ยวกับความหนาแน่นจำนวนมากก็มีความสำคัญเช่นกันหากคุณต้องการคำนวณจำนวนหน่วยขนส่งที่จำเป็นในการขนส่งวัสดุที่ซื้อมาอย่างถูกต้อง

ความหนาแน่นของสสารเฉลี่ย

สมมติว่าร่างกายมีช่องว่างหรือทำจากสารต่าง ๆ (เช่น เรือ ลูกฟุตบอล คน) ในกรณีนั้น เราพูดถึงความหนาแน่นเฉลี่ยของร่างกาย นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร

$$ρ=\frac{m}{V}$$

ตัวอย่างเช่น ความหนาแน่นเฉลี่ยของร่างกายมนุษย์อยู่ในช่วง 940-990 กก./ม.³ สำหรับการสูดดมเต็มไปถึง 1010-1070 กก./ม.³ สำหรับการหายใจออกเต็มที่ ความหนาแน่นของร่างกายมนุษย์ส่วนใหญ่ได้รับอิทธิพลจากพารามิเตอร์เช่นความโดดเด่นของกระดูก กล้ามเนื้อ หรือมวลไขมันในร่างกายมนุษย์

ตัวอย่างธรรมชาติที่น่าสนใจของความหนาแน่น

• สื่อระหว่างกาแลคติกมีความหนาแน่นต่ำที่สุดในธรรมชาติ ได้แก่ 2×10⁻³¹กก./ม.³ - 5×10⁻³¹กก./ม.³
• ความหนาแน่นเฉลี่ยของดวงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 1,410 กก./ม.³ ประมาณ 1.4 เท่าของความหนาแน่นของน้ำ
• ความหนาแน่นของหินแกรนิตคือ 2,600 กก./ม.³
• ความหนาแน่นเฉลี่ยของโลกคือ 5 520 กก./ม.³
• ความหนาแน่นของเหล็กคือ 7,874 กก./ม.³
• ความหนาแน่นของเงินคือ 10,490 กก./ม.³
• ทองคำมีความหนาแน่น 19,320 กก./ม.³
• สารที่มีความหนาแน่นที่สุดในสภาวะมาตรฐาน ได้แก่ ออสเมียม (22,600 กก./ม.³) อิริเดียม (22 400 กก./ม.³) และแพลทินัม (21,500 กก./ม.³)
• ความหนาแน่นสูงที่สุดในจักรวาลอยู่ในหลุมดำ ความหนาแน่นเฉลี่ยของหลุมดำขึ้นอยู่กับมวลของหลุมดำ หลุมดำที่มีมวลตามลำดับของมวลดวงอาทิตย์มีความหนาแน่นประมาณ 10¹⁹ กก./ม.³ ซึ่งเกินความหนาแน่นของนิวเคลียร์ 2 × 10¹⁷ กก./ม.³และหลุมดำมวลมหาศาลที่มีมวลสุริยะ 10⁹ มีความหนาแน่นเฉลี่ยประมาณ 20 กก./ม.³ น้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ (1000 กก./ม.³) มาก

คำนวณความหนาแน่น

ใช้วิธีการหลายวิธีในการวัดความหนาแน่นของวัสดุ วิธีการดังกล่าวรวมถึงการใช้:

• ไฮโดรมิเตอร์ (วิธีการลอยตัวสำหรับของเหลว)
• สมดุลไฮโดรสแตติก (วิธีการลอยตัวสำหรับของเหลวและของแข็ง)
• วิธีการร่างกายใต้น้ำ (วิธีการลอยตัวสำหรับของเหลว)
• พิคโนมิเตอร์ (สำหรับของเหลวและของแข็ง)
• พิคโนมิเตอร์เปรียบเทียบอากาศ (สำหรับของแข็ง)
• เครื่องวัดความหนาแน่นแบบสั่น (สำหรับของเหลว)
• เติมและเผยแพร่ (สำหรับของแข็ง)

คุณสามารถคำนวณความหนาแน่นของสารหรือความหนาแน่นเฉลี่ยของวัตถุที่บ้านได้โดยการวัดปริมาตรและมวลของสารหรือวัตถุนั้น

ก่อนอื่น ตัดสินใจมวลของวัตถุโดยใช้ตาชั่ง

จากนั้นตัดสินใจปริมาตรโดยการวัดขนาดหรือเทลงในภาชนะวัด ภาชนะนี้สามารถเป็นอะไรก็ได้ตั้งแต่ถ้วยวัดไปจนถึงขวดขนาดปกติ หากวัตถุมีรูปร่างที่ซับซ้อน คุณสามารถวัดปริมาตรของน้ำที่วัตถุนั้นไล่ออกได้

หารมวลด้วยปริมาตรเพื่อคำนวณความหนาแน่นของสารหรือวัตถุโดยใช้สูตร:

$$ρ=\frac{m}{V}$$

การใช้คุณสมบัติความหนาแน่นในอุตสาหกรรม

การประยุกต์ใช้ความหนาแน่นอย่างหนึ่งที่รู้จักคือการกำหนดว่าวัตถุจะลอยอยู่บนน้ำหรือไม่ หากความหนาแน่นของวัตถุน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ มันจะลอยตัว หากความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำ มันจะจม

เรือสามารถลอยได้เพราะมีถังบัลลาสต์ที่เก็บอากาศ ถังเหล่านี้ให้มวลขนาดเล็กจำนวนมาก ลดความหนาแน่นของเรือ ความหนาแน่นเฉลี่ยที่ต่ำกว่า พร้อมกับแรงลอยที่น้ำกระทำบนเรือ ทำให้เรือลอยได้

น้ำมันลอยอยู่บนพื้นผิวของน้ำเพราะมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ แม้ว่าน้ำมันหกจะเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม แต่ความสามารถของน้ำมันในการลอยทำให้ทำความสะอาดได้ง่ายขึ้น

ดัชนีความหนาแน่นเฉลี่ยสะท้อนถึงสภาพทางกายภาพของวัสดุ นั่นคือเหตุผลที่ดัชนีความหนาแน่นเฉลี่ยจะกำหนดว่าวัสดุก่อสร้างมีพฤติกรรมอย่างไรภายใต้สภาวะจริงเมื่อสัมผัสกับความชื้น อุณหภูมิบวกและลบ และความเครียดเชิงกล

การใช้วัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำในการก่อสร้างและวิศวกรรมเครื่องกลเป็นประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมและเศรษฐกิจ ตัวอย่างเช่น ก่อนหน้านี้ ตัวเครื่องบินและจรวดทำจากอลูมิเนียมและเหล็ก ถึงกระนั้น ตอนนี้มันทำจากไทเทเนียมที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ดังนั้น จึงมีน้ำหนักเบา ช่วยประหยัดเชื้อเพลิงและช่วยให้คุณบรรทุกสินค้าได้มากขึ้น

ข้อมูลเกี่ยวกับความหนาแน่นของสสารก็มีความสำคัญต่อการเกษตรเช่นกัน หากความหนาแน่นของดินสูง มันจะไม่ส่งความร้อนได้ดี และในฤดูหนาว จะแข็งตัวจนถึงความลึกมาก เมื่อไถ ดินดังกล่าวจะแตกเป็นบล็อกขนาดใหญ่ และพืชไม่เติบโตได้ดี

หากความหนาแน่นของดินต่ำ น้ำจะผ่านดินดังกล่าวอย่างรวดเร็ว นั่นคือ ความชื้นจะไม่ถูกกักเก็บไว้ในดิน และฝนตกหนักสามารถล้างชั้นดินที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดได้ ดังนั้นนักปฐพีวิทยาจึงจำเป็นต้องรู้ความหนาแน่นของดินเพื่อให้ได้พืชผลที่ดี

ประวัติการวัดความหนาแน่นในตำนาน

เรื่องราวของการวัดความหนาแน่นเริ่มต้นด้วยเรื่องราวของอาร์คิมีดีส ซึ่งได้รับมอบหมายในการพิจารณาว่าช่างทองคนหนึ่งได้ยอมแปลงทองในการทำมงกุฎให้กับกษัตริย์ฮีเอโรที่ 2 หรือไม่ กษัตริย์สงสัยว่ามงกุฎทำจากโลหะผสมทองและเงิน ในเวลานั้น นักวิทยาศาสตร์รู้ว่าทองคำมีความหนาแน่นกว่าเงินประมาณสองเท่า แต่เพื่อตรวจสอบองค์ประกอบของมงกุฎ จำเป็นต้องคำนวณปริมาตรของมัน

มงกุฎสามารถถูกบีบเป็นลูกบาศก์ ซึ่งปริมาตรสามารถคำนวณและเปรียบเทียบกับมวลได้อย่างง่ายดาย และตามความหนาแน่น กำหนดว่าเป็นทองหรือไม่ แต่กษัตริย์จะไม่อนุมัติแนวทางดังกล่าว

จากการเพิ่มขึ้นของน้ำที่ทางเข้า อาร์คิมีดีสสังเกตเห็นว่าเขาสามารถคำนวณปริมาตรของมงกุฎทองได้ตามปริมาตรของน้ำที่ถูกแทนที่ หลังจากการค้นพบครั้งนี้ เขาก็กระโดดออกจากอ่างและวิ่งเปลือยกายไปตามถนน ตะโกนว่า "ยูเรก้า! ยูเรก้า!" ในภาษากรีก "Εύρηκα!" หมายถึง "ฉันพบมันแล้ว"

อาร์คิมีดีสคำนวณปริมาตรของน้ำที่แทนที่โดยมงกุฎและปริมาตรของน้ำที่เคลื่อนย้ายโดยแท่งทองที่มีมวลเท่ากับมงกุฎ อันเป็นผลมาจากการทดลอง มงกุฎจึงทดแทนน้ำได้มากขึ้น ปรากฏว่ามันทำจากวัสดุที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าและเบากว่าทองคำบริสุทธิ์ เป็นผลให้ช่างอัญมณีถูกจับว่าโกง

สิ่งนี้ส่งผลให้คำว่า "ยูเรก้า" ซึ่งกลายเป็นที่นิยมและใช้เพื่ออ้างถึงช่วงเวลาแห่งการตรัสรูหรือข้อมูลเชิงลึก