Upang matukoy ang density ng mga likido at solid, kailangan mong malaman ang kanilang masa at volume. Kung walang mga problema sa pagsukat ng masa, kung gayon ang eksaktong halaga ng dami ng katawan ay matatagpuan kung mayroon itong kilalang regular na geometric na hugis, halimbawa, ang hugis ng isang prisma o pyramid. Kung ang katawan ay may di-makatwirang hugis, imposibleng tumpak na matukoy ang dami nito sa pamamagitan ng karaniwang geometric na paraan. Gayunpaman, ang halaga ng density ng isang likido o solid ay maaaring masukat nang may mataas na katumpakan gamit ang isang hydrostatic na balanse.
Makasaysayang background
Ang sangkatauhan ay naging interesado sa isyu ng pagsukat ng volume at density ng mga katawan mula pa noong sinaunang panahon. Ayon sa nakaligtas na makasaysayang ebidensya, ang nabanggit na problema ay unang matagumpay na nalutas ni Archimedes nang makayanan niya ang atas na ibinigay sa kanya upang matukoy kung peke ang gintong korona.
Archimedesnabuhay noong ika-3 siglo BC. Matapos ang pagtuklas nito, kinailangan ng sangkatauhan ng halos 2000 taon upang lumikha ng isang imbensyon na gumagamit ng pisikal na prinsipyo na binalangkas ng Griyego sa gawain nito. Ito ay isang balanseng hydrostatic. Inimbento ni Galileo noong 1586. Ang mga balanseng ito ay matagal nang naging pangunahing paraan upang tumpak na sukatin ang density ng iba't ibang mga likido at solido. Ang isang larawan ng hydrostatic balance ni Galileo ay ipinapakita sa ibaba.
Kasunod nito, lumitaw ang kanilang iba't-ibang - Mohr-Westphal scales. Sa mga ito, sa halip na dalawang magkatulad na lever, isa lamang ang ginamit, kung saan ang sinusukat na pagkarga ay nasuspinde, at kung saan ang mga naglo-load ng isang kilalang masa ay dumulas upang makakuha ng balanse. Ang mga kaliskis ng Mohr-Westphal ay ipinapakita sa ibaba.
Sa kasalukuyan, ang mga hydrostatic na balanse ay bihirang makita sa mga siyentipikong laboratoryo. Ang mga ito ay pinalitan ng mas tumpak at madaling gamitin na mga instrumento gaya ng pycnometer o electronic scale.
Mga bahagi ng kaliskis ni Galileo
Ang appliance na ito ay may dalawang braso na magkapareho ang haba na maaaring malayang umiikot sa gitnang pahalang na axis. Ang isang tasa ay sinuspinde mula sa dulo ng bawat pingga. Ito ay idinisenyo upang hawakan ang mga timbang ng kilalang masa. May kawit sa ilalim ng mga tasa. Maaari kang mag-hang ng iba't ibang load mula dito.
Bilang karagdagan sa mga timbang, ang balanseng hydrostatic ay may kasamang dalawang metal cylinder. Mayroon silang parehong dami, isa lamang sa kanila ang ganap na gawa sa metal, at ang pangalawa ay guwang. Kasama rin ang isang glass cylinder.na puno ng likido habang sinusukat.
Ginagamit ang instrumentong pinag-uusapan upang ipakita ang batas ng Archimedes at upang matukoy ang density ng mga likido at solid.
Pagpapakita ng batas ni Archimedes
Itinakda ni Archimedes na ang isang katawan na nakalubog sa isang likido ay nagpapaalis dito, at ang bigat ng inilipat na likido ay eksaktong katumbas ng buoyant na puwersa na kumikilos pataas sa katawan. Ipapakita namin kung paano, gamit ang hydrostatic balance, mabe-verify ang batas na ito.
Sa kaliwang mangkok ng device, isabit muna namin ang isang guwang na metal cylinder, at pagkatapos ay isang puno. Naglalagay kami ng mga timbang sa kanang bahagi ng mga timbangan upang balansehin ang aparato. Ngayon punan natin ng tubig ang glass cylinder at ilagay ang buong metal na timbang ng kaliwang mangkok dito upang ito ay lubusang lumubog. Mapapansing magiging mas malaki ang bigat ng tamang mangkok, at maaabala ang balanse ng device.
Pagkatapos ay kumukuha kami ng tubig sa guwang na itaas na silindro. Panoorin natin kung paano muling ibinalik ng mga timbangan ang kanilang balanse. Dahil pantay-pantay ang mga volume ng mga metal cylinder, lumalabas na ang bigat ng tubig na inilipat ng isang buong silindro ay magiging katumbas ng puwersang nagtutulak dito palabas ng likido.
Ang larawan sa ibaba ay naglalarawan ng karanasang inilarawan.
Pagsukat ng density ng mga solid
Ito ang isa sa mga pangunahing gawain ng hydrostatic weighing scale. Isinasagawa ang eksperimento sa anyo ng mga sumusunod na hakbang:
- Ang bigat ng katawan ay sinusukat, ang density nito ay dapat matagpuan. Upang gawin ito, ito ay sinuspinde mula sa kawit ng isa sa mga mangkok, at ang mga timbang ng naaangkop na masa ay inilalagay sa pangalawang mangkok. Tukuyin natin kung ano ang nahanap natinparaan ang halaga ng bigat ng simbolo ng pagkarga m1.
- Ang sinusukat na katawan ay ganap na nakalubog sa isang glass cylinder na puno ng distilled water. Sa posisyong ito, muling tinitimbang ang katawan. Ipagpalagay na ang sinukat na masa ay m2.
- Kalkulahin ang density value ρs ng solid gamit ang sumusunod na formula:
ρs=ρlm1/(m 1- m2)
Narito ρl=1 g/cm3 ang density ng distilled water.
Kaya, upang matukoy ang density ng isang solidong katawan, kinakailangang sukatin ang bigat nito sa hangin at sa isang likido na alam ang density.
Pagtukoy sa density ng mga likido
Ang prinsipyo ng Archimedes, na siyang batayan para sa pagpapatakbo ng mga hydrostatic na balanse, ay nagbibigay-daan sa iyong sukatin ang density ng anumang likido gamit ang pinag-uusapang device. Ilarawan natin kung paano ito ginagawa:
- Ang arbitrary load ay kinuha. Maaari itong maging isang metal na solidong silindro o anumang iba pang katawan ng di-makatwirang hugis. Pagkatapos, ang load ay ilulubog sa isang likido na may kilalang density ρl1 at ang bigat ng load ay sinusukat m1.
- Ang parehong load ay ganap na nilulubog sa isang likido na may hindi kilalang density ρl2. Isulat ang halaga ng masa nito sa kasong ito (m2).
- Ang mga sinusukat na halaga ay pinapalitan sa formula at tinutukoy ang density ng likido ρl2:
ρl2=ρl1m2/m 1
Bang distilled water ay kadalasang ginagamit bilang likido na may alam na density (ρl1=1 g/cm3).
Kaya, ang hydrostatic balance ni Galileo ay medyo madaling gamitin upang matukoy ang density ng mga substance at materyales. Ang katumpakan ng kanilang mga resulta ay nasa loob ng 1%.
