In che modo sono collegati densità, massa e volume?

Contenuto

• Rapporto tra massa, densità e volume
• Suggerimenti
• Volume di misurazione
• Rapporto tra pressione, volume e temperatura
• Il significato della massa
• Massa e densità dell'universo
• Materia oscura ed energia oscura
• Forza di galleggiamento e gravità specifica

Rapporto tra massa, densità e volume

Densità descrive il rapporto tra massa e volume di un oggetto o sostanza. Massa misura la resistenza di un materiale per accelerare quando una forza agisce su di esso. Secondo la seconda legge di movimento di Newton (F = ma), la forza netta che agisce su un oggetto è uguale al prodotto della sua accelerazione di massa.

Questa definizione formale di massa ti consente di metterlo in altri aspetti negativi come il calcolo di energia, quantità di moto, forza centripeta e forza gravitazionale. Poiché la gravità è quasi la stessa sulla superficie della Terra, il peso diventa un buon indicatore di massa. Aumentando e diminuendo la quantità di materiale misurato aumenta e diminuisce la massa della sostanza.

Suggerimenti

Esiste una chiara relazione tra massa, densità e volume. A differenza della massa e del volume, l'aumento della quantità di materiale misurato non aumenta né diminuisce la densità. In altre parole, aumentare la quantità di acqua dolce da 10 grammi a 100 grammi cambierà anche il volume da 10 millilitri a 100 millilitri ma la densità rimane di 1 grammo per millilitro (100 g ÷ 100 mL = 1 g / mL).

Ciò rende la densità una proprietà utile per identificare molte sostanze. Tuttavia, poiché il volume si discosta dalle variazioni di temperatura e pressione, la densità può anche variare con la temperatura e la pressione.

Volume di misurazione

Per una data messa e volume, quanto spazio fisico occupa un materiale, di un oggetto o di una sostanza, la densità rimane costante a una data temperatura e pressione. L'equazione per questa relazione è ρ = m / V in quale ρ (rho) è densità, m è massa e V è il volume, rendendo l'unità di densità kg / m³. Il reciproco della densità (1/ρ) è noto come volume specifico, misurato in m³ /kg.

Il volume descrive quanto spazio occupa una sostanza e viene dato in litri (SI) o galloni (inglese). Il volume di una sostanza è determinato dalla quantità di materiale presente e da quanto strettamente le particelle del materiale sono imballate insieme.

Di conseguenza, la temperatura e la pressione possono influenzare notevolmente il volume di una sostanza, in particolare i gas. Come per la massa, anche aumentare e diminuire la quantità di materiale aumenta e diminuisce il volume della sostanza.

Rapporto tra pressione, volume e temperatura

Per i gas, il volume è sempre uguale al contenitore all'interno del gas. Ciò significa che, per i gas, è possibile correlare il volume a temperatura, pressione e densità utilizzando la legge dei gas ideale PV = nRT in quale P è la pressione in atm (unità atmosferiche), V è il volume in m³ (metri cubi), n è il numero di moli del gas, R è la costante di gas universale (R = 8,314 J / (mol x K)) e T è la temperatura del gas in Kelvin.

••• Syed Hussain Ather

Altre tre leggi descrivono le relazioni tra volume, pressione e temperatura mentre cambiano quando tutte le altre quantità sono mantenute costanti. Le equazioni sono P₁V₁ = P₂V₂, P₁/ T₁ = P₂/ T₂ e V₁/ T₁ = V₂/ T₂ noto come legge di Boyles, legge di Gay-Lussacs e legge di Charless, rispettivamente.

In ciascuna legge, le variabili della mano sinistra descrivono il volume, la pressione e la temperatura in un momento iniziale, mentre le variabili della mano destra le descrivono in un altro momento successivo. La temperatura è costante per la legge di Boyles, il volume è costante per la legge di Gay-Lussacs e la pressione è costante per la legge di Charless.

Queste tre leggi seguono gli stessi principi della legge del gas ideale, ma descrivono i cambiamenti nei contro di temperatura, pressione o volume mantenuti costanti.

Il significato della massa

Sebbene le persone generalmente usino la massa per riferirsi alla quantità di una sostanza presente o quanto sia pesante una sostanza, i vari modi in cui le persone si riferiscono a masse di diversi fenomeni scientifici significano che la massa ha bisogno di una definizione più unificata che comprenda tutti i suoi usi.

Gli scienziati in genere parlano di particelle subatomiche, come elettroni, bosoni o fotoni, che hanno una quantità molto piccola di massa. Ma le masse di queste particelle sono in realtà solo energia. Mentre la massa di protoni e neutroni è immagazzinata nei gluoni (il materiale che tiene insieme protoni e neutroni), la massa di un elettrone è molto più trascurabile dato che gli elettroni sono circa 2.000 volte più leggeri dei protoni e dei neutroni.

I gluoni spiegano la forte forza nucleare, una delle quattro forze fondamentali dell'universo accanto alla forza elettromagnetica, alla forza gravitazionale e alla debole forza nucleare, nel mantenere uniti i neutroni e i protoni.

Massa e densità dell'universo

Sebbene la dimensione dell'intero universo non sia esattamente nota, l'universo osservabile, la materia nell'universo che gli scienziati hanno studiato, ha una massa di circa 2 x 10⁵⁵ g, circa 25 miliardi di galassie delle dimensioni della Via Lattea. Ciò comprende 14 miliardi di anni luce, inclusa la materia oscura, materia che gli scienziati non sono completamente sicuri di cosa sia fatta e di materia luminosa, che spieghi le stelle e le galassie. La densità degli universi è di circa 3 x 10^-30 g / cm³.

Gli scienziati elaborano queste stime osservando i cambiamenti nel Cosmic Microwave Background (artefatti delle radiazioni elettromagnetiche provenienti da stadi primitivi dell'universo), supercluster (ammassi di galassie) e nucleosintesi del Big Bang (produzione di nuclei non idrogeno durante le prime fasi del universo).

Materia oscura ed energia oscura

Gli scienziati studiano queste caratteristiche dell'universo per determinare il suo destino, se continuerà ad espandersi o ad un certo punto crollare in se stesso. Mentre l'universo continua ad espandersi, gli scienziati pensavano che le forze gravitazionali dessero agli oggetti una forza attrattiva tra loro per rallentare l'espansione.

Ma nel 1998, le osservazioni del telescopio spaziale Hubble di supernove lontane hanno mostrato che l'universo era l'espansione dell'universo è aumentata nel tempo. Sebbene gli scienziati non avessero capito che cosa stesse causando esattamente l'accelerazione, questa accelerazione di espansione ha portato gli scienziati a teorizzare che l'energia oscura, il nome di questi fenomeni sconosciuti, spiegherebbe questo.

Rimangono molti misteri sulla massa nell'universo e rappresentano la maggior parte della massa degli universi. Circa il 70% dell'energia di massa nell'universo proviene da energia oscura e circa il 25% da materia oscura. Solo circa il 5% proviene dalla materia ordinaria. Queste immagini dettagliate di vari tipi di masse nell'universo mostrano quanto varia la massa in diversi contro scientifici.

Forza di galleggiamento e gravità specifica

La forza gravitazionale di un oggetto nell'acqua e il forza di galleggiamento che lo mantiene verso l'alto determina se un oggetto galleggia o affonda. Se la forza o la densità di galleggiamento degli oggetti è maggiore di quella del liquido, galleggia e, in caso contrario, affonda.

La densità dell'acciaio è molto più alta della densità dell'acqua ma modellata in modo appropriato, la densità può essere ridotta con spazi aerei, creando navi d'acciaio. La densità dell'acqua essendo maggiore della densità del ghiaccio spiega anche perché il ghiaccio galleggia nell'acqua.

Peso specifico è la densità di una sostanza divisa per la densità delle sostanze di riferimento. Questo riferimento è aria senza acqua per gas o acqua dolce per liquidi e solidi.