Как найти удельный вес материалов

Но так или иначе эти оба термина имеют собственные определения и имеют хождение в математике, физике и множестве других наук, в том числе и материаловедении.

Определение удельного веса

Физическая величина, являющаяся отношением веса материала к занимаемому им объему, называется УВ материала. Материаловедение ХХI века далеко ушло вперед в и уже освоены технологии, которые каких-то сто лет назад считались фантастикой. Эта наука может предложить современной промышленности сплавы, которые отличаются друг от друга качественными параметрами, но и физико-техническими свойствами. Для определения того, как некий сплав может быть использован для производства целесообразно определить УВ. Все предметы, изготовленные с равным объемом, но для их производства был использованы разные виды металлов, будут иметь разную массу, она находится в четкой связи с объемом. То есть отношение объема к массе это есть некое постоянное число, характерная для этого сплава.

Для расчета плотности материала применяют специальную формулу, имеющую прямую связь с УВ материала. Кстати, УВ чугуна, основного материала для создания стальных сплавов, можно определить весом 1 см³, отраженного в граммах. Тем больше УВ металла, тем тяжелее будет готовое изделие.

Формула удельного веса

Формулу расчета УВ выглядит как отношение веса к объему. Для подсчета УВ допустимо применять алгоритм расчета, который изложен в школьном курсе физики. Для этого необходимо использовать закон Архимеда, точнее определение силы, которая является выталкивающей. То есть груз с некоей массой и при этом он держится на воде. Другими словами на него влияют две силы – гравитации и Архимеда.

Формула для расчета архимедовой силы выглядит следующим образом

F=g×V,

где g – это УВ жидкости. После подмены формула приобретает следующий вид F=y×V, отсюда получаем формулу УВ груза y=F/V.

Разница между весом и массой

В чем состоит разница между весом и массой. На самом деле в быту, она не играет ни какой роли. В самом деле, на кухне, мы не делаем развития между весом курицы и ее массой, но между тем между этими терминами существуют серьезные различия. Эта разница хорошо видна при решении задач, связанных с перемещением тел в межзвездном пространстве и ни как имеющим отношения с нашей планете, и в этих условиях эти термины существенно различаются друг от друга. Можно сказать следующее, термин вес имеет значение только в зоне действия силы тяжести, т.е. если некий объект находиться рядом с планетой, звездой и пр. Весом можно называть силу, с которой тело давит на препятствие между ним и источником притяжения. Эту силу измеряют в ньютонах. В качестве примера можно представить следующую картину — рядом с платным образованием находиться плита, с расположенным на ее поверхности неким предметом. Сила, с которой предмет давит на поверхность плиты и будет весом. Масса тела напрямую связана с инерцией. Если детально рассматривать это понятие то можно сказать, что масса определяет размер гравитационного поля создаваемого телом. В действительности, это одна из ключевых характеристик мироздания. Ключевое различие между весом и массой заключается в следующем — масса не зависит от расстояния между объектом и источником гравитационной силы. Для измерения массы применяют множество величин – килограмм, фунт и пр. Существует международная система СИ, в которой применяют привычные, нам килограммы, граммы и пр. Но кроме нее, в многих странах, например, Британских островах, существует собственная система мер и весов, где вес измеряют в фунтах.

Разница между удельным весом и плотностью

УВ – что это такое?

Удельный вес – это есть отношение веса материи к его объему. В международной системе измерений СИ его измеряют как ньютон на кубический метр. Для решения определенных задач в физике УВ определяют следующим образом – насколько обследуемое вещество тяжелее, чем вода при температуре 4 градусов при условии того, что вещество и вода имеют равные объемы. 

По большей части такое определение применяют в геологических и биологических исследованиях. Иногда, УВ, рассчитываемый по такой методике, называют относительной плотностью.

В чем отличия

Как уже отмечалось, эти два термина часто путают, но так как, вес напрямую зависим от расстояния между объектом и гравитационным источником, а масса не зависит от этого, поэтому термины УВ и плотность различаются между собой. Но необходимо принять во внимание то, что при некоторых условиях масса и вес могут совпадать. Измерить УВ в домашних условиях практически невозможно. Но даже на уровне школьной лаборатории такую операцию достаточно легко выполнить. Главное что бы лаборатория была оснащена весами с глубокими чашами. Предмет необходимо взвесить при нормальных условиях. Полученное значение можно будет обозначить как Х1, после этого чашу с грузом помещают в воду. При этом в соответствии с законом Архимеда груз потеряет часть своего веса. При этом коромысло весов будет перекашиваться. Для достижения равновесия на другую чашу необходимо добавить груз. Его величину можно обозначить как Х2. В результате этих манипуляций будет получен УВ, который будет выражен как соотношение Х1 и Х2. Кроме вещества в твердом состоянии удельных можно измерить и для жидкостей, газов. При этом замеры можно выполнять в разных условиях, например, при повышенной температуре окружающей среды или пониженной температуры. Для получения искомых данных применяют такие приборы как пикнометр или ареометр.

Единицы измерения удельного веса

В мире применяют несколько систем мер и весов, в частности, в системе СИ УВ измеряют в отношении Н (Ньютон) к метру кубическому. В других системах, например, СГС у удельного веса используется такая единица измерения д(дин) к сантиметру кубическому.

Металлы с наибольшим и наименьшим удельным весом

Кроме того, что понятие удельного веса, применяемое в математике и физике, существуют и довольно интересные факты, например, об удельных весах металлов из таблицы Менделеева. если говорить о цветных металлах, то к самым «тяжелым» можно отнести золото и платину.

Эти материалы превышают по удельному весу, такие металлы как серебро, свинец и многие другие. К «легким» материалам относят магний с весом ниже чем у ванадия. Нельзя забывать и радиоактивных материалах, к примеру, вес урана составляет 19,05 грамм на кубический см. То есть, 1 кубический метр весит 19 тонн.

Удельный вес других материалов

Наш мир сложно представить без множества материалов, используемых в производстве и быту. Например, без железа и его соединений (стальных сплавов). УВ этих материалов колеблется в диапазоне одной – двух единиц и это не самые высокие результаты. Алюминий, к примеру, обладает низкой плотностью и малым удельным весом. Эти показатели позволили его использовать в авиационной и космической отраслях. Медь и ее сплавы, обладают удельным весом сопоставимый со свинцом. А вот ее соединения – латунь, бронза легче других материалов, за счет того, в них использованы вещества с меньшим удельным весом.

Как рассчитать удельный вес металлов

Как определить УВ — этот вопрос часто встает у специалистов занятых в тяжелой промышленности. Эта процедура необходима для того, что бы определить именно те материалы, которые будет отличаться друг от друга улучшенными характеристиками. Одна из ключевых особенностей металлических сплавов заключается в том, какой металл является основой сплава. То есть железо, магний или латунь, имеющие один объем будут иметь разную массу. Плотность материала, которая рассчитывается на основании заданной формулы имеет прямое отношение к рассматриваемому вопросу. Как уже отмечено, УВ – это соотношение веса тела к его объему, надо помнить, что эта величина может быть определена как силу тяжести и объема определенного вещества.

Для металлов УВ и плотность определяют в той же пропорции. Допустимо использовать еще одну формулу, которая позволяет рассчитать УВ. Она выглядит следующим так УВ (плотность) равна отношению веса и массы с учетом g, постоянной величины. Можно сказать, что УВ металла может, носит название веса единицы объема. Дабы определить УВ необходимо массу сухого материала поделить на его объем. По факту, эта формула может быть использована для получения веса металла.

Кстати, понятие удельного веса широко применяют при создании металлических калькуляторов, применяемых для расчета параметров металлического проката разного типа и назначения.

УВ металлов измеряют в условиях квалифицированных лабораторий. В практическом виде этот термин редко применяют. Значительно чаще, применяют понятие легкие и тяжелые металлы, к легким относят металлы с малым удельным весом, соответственно к тяжелым относят металлы с большим удельным весом.

Понятие удельного веса встречается во многих областях науки и жизни. Этим термином оперируют физика, медицина, металлургия, экономика и социология. Сложно ожидать, что столь разноплановые направления будут толковаться одинаково, поэтому определение и формула удельного веса, взятые из физического справочника, будут отличаться от формулировок, найденных в учебнике экономики. Однако, суть остается неизменной — определение роли, значимости некоторой части по отношению к целому.

Значение термина «удельный»

Можно говорить о двух толкованиях, физическом и статистическом:

• В физике так называют величину, измеренную в единице чего-либо. Для примера возьмем комнату, и подсчитаем в ней количество водяного пара. Получив величину, А граммов, мы сможем сказать, что влажность здесь составляет, А граммов водяного пара на целую комнату. Зная общее количество воздуха в помещении (Б кг), мы можем найти, сколько воды содержится в одном килограмме воздуха, узнав его удельную влажность. В одном килограмме воздуха комнаты содержится А/Б г/кг водяного пара. Таким образом, синонимом термина выступает слово относительный.
• В статистических науках так называют частный показатель, взятый относительно некого целого. Для примера возьмем годовой бюджет страны, составляющий 500 млн, и вычислим долю расходов на спорт. Предположим, на спорт выделен 1 млн рублей — это 0,2% от всех планируемых трат. Не самая весомая статья бюджета.

Физические науки

В физике удельным называют вес, измеренный в единице объема однородного вещества.

Вес в системе СИ указывается в Ньютонах (Н), а объем исчисляется в кубических метрах. Таким образом, единицей искомой характеристики становится Ньютон на кубический метр (Н/куб.м). Отсюда следует, что эта величина определяет, с какой силой воздействует на опору один кубометр измеряемого вещества.

Физическая формула: У. в. = Вес объекта, Н / Объем объекта, куб. м.

В отличие от массы, просто характеризующей объект, вес — величина векторная, то есть он является силой, которая имеет направление приложения и описывает воздействие тела на другие объекты. В обычных условиях на поверхности Земли нам, не физикам, незаметна разница. Мы зачастую путаем эти термины в разговоре и совсем не переживаем по этому поводу. Но важно все же понимать, какой принципиально разный смысл имеют эти понятия.

Если в приведенной выше формуле использовать массу тела, мы получим его удельную массу, или плотность. Этот параметр характеризует, сколько вещества содержится в единице объема, и измеряется в кг/куб. м.

Масса тела всегда остается неизменной, в то время как вес может меняться в зависимости от географической широты места и высоты его над уровнем моря.

Представив числитель дроби через массу тела, умноженную на ускорение свободного падения, мы сможем увидеть связь двух удельных величин:

У. в. = Плотность объекта * Ускорение свободного падения.

Таким образом, можно сказать, что удельный вес относится к плотности вещества так же, как его вес относится к массе, и это отношение равно ускорению свободного падения в конкретной точке Земли.

Термин в металлургии

Чтобы получить сплав, обладающий требуемыми свойствами, металлурги должны хорошо представлять себе, зачем и как определить удельный вес металлов. Одинаковые объемы железа и алюминия имеют совершенно разные показатели.

В металлургии удельный вес материала вычисляется по приведенной выше формуле, делением массы вещества на его объем. Чтобы получить максимально точные результаты, металл перед измерением приводят в максимально однородное состояние с минимумом пор.

Применение в медицине

В ряде случаев искомая характеристика определяется как коэффициент сравнения массы некого объема вещества с таким же объемом воды при 4 °C. Известно, что при этой температуре чистая дистиллированная вода имеет удельный вес, равный единице. Чем больше примесей, тем больше вес. Зная этот показатель, можно определить, насколько высока концентрация веществ в жидкости.

Это положение используется в медицине при проведении анализа мочи. Первая приведенная формула описывает, как найти удельный вес мочи. Для этого необходимо разделить вес образца на его объем.

Экономика и социальные науки

В экономике и науках об обществе термин обозначает долю определенного фактора в общей структуре. Это понятие имеет большое значение, так как позволяет судить о значимости какого-либо сектора, его ценности, доле в целом направлении.

Формула удельного веса в экономике: У. в. = Значение отдельной графы таблицы / Сумма всех граф таблицы.

В этом уравнении делимое и делитель выражены в одних и тех же единицах измерения, следовательно, искомая величина будет представлена в виде правильной десятичной дроби или в процентах.

Подобные вычисления проводятся в экономике, хозяйственной деятельности, социологии, статистике и многих других дисциплинах, требующих анализа данных.

При вычислении важно понимать две вещи:

• Знаменатель дроби представляет собой 100%, и сумма показателей для всех граф таблицы не может его превышать. Так, если сложить процентные доли всех статей бюджета, мы получим 100%, не более и не менее.
• Результат вычисления не может быть отрицательным, ведь он представляет собой долю целого.

Несмотря на то что две приведенные формулы отличаются друг от друга и оперируют разными величинами, в них все же есть кое-что общее. В обоих случаях вычисляется вес объекта, его значимость, влияние на другие объекты и ситуацию в целом.

Удельная
масса g
(раньше ее называли удельным весом) –
масса единицы объема материала в
абсолютно плотном состоянии (без пор).

Удельную
массу материалов определяют с помощью
прибора, называемого объемометром
(Ле-Шателье – Кандло) или пикнометром
(Рисунок 1.4).

Прибор
представляет собой колбу с узким длинным
горлом, расширяющимся в средней части.
Выше и ниже расширяющейся части нанесены
две черты, между которыми обозначен
объем, равный 20см³.
Выше
верхней черты колба также градуирована.

Рисунок
1.4 Колба Ле-Шателье – Кандло

Прибор
наполняют жидкостью, инертной по
отношению к испытываемому образцу, до
нижней черты. Свободную от жидкости
часть прибора тщательно протирают
тампоном из фильтровальной бумаги.
Высушенный до постоянной массы при
температуре 100-110˚С

материал
измельчают в шаровой мельнице или
вручную в ступке и просеивают через
сито №02. имеющее 918 отв/см².
Отвешивают на чистом стекле 60-70г
порошка материала и небольшими порциями
засыпают в прибор так, чтобы в шейке
объемометра не могли образоваться
пробки и из объемометра полностью
выходил бы воздух. Материал засыпают
до тех пор, пока уровень жидкости не
достигнет верхней черты.

Остаток
исследуемого материала взвешивают.
Разность между первоначальной массой
и массой остатка составляет массу
материала, всыпанного в прибор, а объем
ее будет равен объему жидкости, находящейся
между нижней и верхней чертами, нанесенными
на приборе.

Удельную
массу определяют с точностью до 0,01г
как среднее арифметическое значение
результатов трех испытаний по формуле

где
g
– масса материала, всыпанного в прибор,
г;

g=g₁-g₂;

g₁
– масса
материала до опыта (навеска), г;

g₂
– то
же, после опыта (остаток),
г;

V
– объем материала, равный по объему
вытесненной жидкости, см³.

Удельная
масса строительных материалов колеблется
в широких пределах. Так, у черных металлов
она равна 7,25-7,85; у каменных материалов
– 2,20-3,30; у древесины – 1,54; у цемента –
2,90-3,10; у лаков и битумов – 0,90-1,60
г/см³.

Полученные
данные заносят в таблицу по прилагаемому
образцу

1.5 Определение весового и объемного водопоглощения

Водопоглощение
– свойство материала впитывать и
удерживать в себе воду при непосредственном
контакте с нею.

Различают
водопоглощение весовое и объемное :
весовое – это отношение веса поглощенной
материалом воды к весу его в сухом
состоянии. Объемное водопоглощение
(кажущаяся пористость) – отношение веса
поглощенной воды к объему материала в
естественном состоянии; численно оно
равно объему доступных для воды пор.
Объемное водопоглощение всегда меньше
100%.

Водопоглощение
строительных материалов колеблется в
очень широких пределах. Так, у кирпича
глиняного обыкновенного оно равно
8-20%, у керамической плитки пола –до 4,%,
у тяжелого бетона – до 3,0%, у гранита –
0,5-0,7%, у древесины сосны – до 21,2%.

Водопоглощение
материала можно характеризовать и
коэффициентом размягчения, который
показывает, на сколько снизилась
прочность от водонасыщения, и определяется
по формуле

К_разм=R_н/R_с,

где
R_н
– предел прочности в насыщенном
состоянии, кГ/см²;

R_с,
— то же, в сухом состоянии, кГ/см².

Коэффициент
размягчения колеблется в пределах от
нуля (у глинистых необожженных материалов)
до 1,0 (у материалов, не изменяющих своей
прочности от водонасыщения – стекла,
стали, битума).

Материалы,
у которых К_разм
больше 0,7, считают водостойкими, и их
можно применять для наружных отделочных
работ.

Для
определения водопоглощения образцы
высушивают до постоянного веса, взвешивают
и насыщают водой. В зависимости от вида
материала насыщения водой производят
в различных условиях и в различные сроки
выдержки. Например, для каменных
материалов он равен 48ч,
для древесных – 30 суток.
При определении водопоглощения
керамических плиток для полов их кипятят
в течении 1ч.

После
водонасыщения образцы вынимают из
сосуда с водой, обтирают влажной мягкой
тканью и взвешивают. Вес воды, вытекающей
из пор образца на чашу весов, следует
включать в вес насыщенного водой образца.

Величину
весового и объемного водопоглощения
вычисляют в процентах по формулам:

где
g
– масса материала в насыщенном состоянии,
г;

g₁
– то же, в сухом состоянии, г;

γ₀
– объемная масса, г/см³;

V
– объем материала, см³.

Полученные
данные заносят в таблицу

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Удельный вес — вес единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии.

Удельный вес определяется по формуле:

γ_у = G : Vа г/см²

где G — вес материала в сухом состоянии в г;

Vа — объем в абсолютно плотном состоянии в см³.

Пробу материала измельчают в порошок и высушивают при температуре 110±5° до постоянного веса, затем охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры и просеивают через сито 900 отв./см².

Исключением являются материалы, гидратационная вода которых удаляется при температуре менее 100°. Эти материалы сушат при более низкой температуре. Например, гипс и изделия из него сушат при температуре не более 55°.

 Объем измельченного материала определяют при помощи объемомера для порошкообразных веществ (рис. 1), который имеет градуированную трубку и сферическое утолщение. Цена деления градуированной части соответствует 0,2 см³.

Перед испытанием прибор погружают в сосуд с водой так, чтобы вся градуированная часть прибора находилась в воде. Температура воды в сосуде должна соответствовать температуре, при которой производилась градуировка прибора. Прибор наполняют до нижней риски керосином или другой безводной жидкостью.

Рис.1.Объемомер для определения объема порошкообразных веществ.

Рис.2.Объемомер для определения объема твердых материалов.

Для определения удельного веса отвешивают с точностью до 0,01 г около 70 г измельченного материала и всыпают ложечкой через воронку прибора небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в приборе не поднимется до черты в пределах верхней градуированной части прибора. Взятый отсчет дает искомый объем вытесненной жидкости.

После этого взвешивают остаток навески и вычисляют удельный вес с точностью до 0,01 г по формуле:

где G₁ — вес навески до опыта в г;

G₂ — вес остатка навески в г;

V₁ — объем вытесненной жидкости в приборе в см³.

Удельный вес определяют как среднее арифметическое из результатов двух опытов, при этом расхождение между результатами опытов не должно превышать 0,02.

Удельный вес жидких материалов определяют ареометрами, градуированными на различные показания. Для этого исследуемую жидкость наливают в стеклянный цилиндр и затем в него погружают ареометр так, чтобы он свободно плавал в цилиндре, не соприкасаясь ни с его дном, ни со стенками. Удельный вес определяют по шкале ареометра.