Како израчунати композитну густину

Садржај

• Дефинисана густоћа
• Архимедов принцип
• Маса, запремина и густина: претварање и подаци од интереса
• Неравномерна уједначена маса
• Густина композитних материјала
• Еластични модули

Маса и густина - заједно са запремином, концепт који повезује ове две количине, физички и математички - су два најосновнија концепта физичке науке.Упркос томе, и иако су маса, густина, запремина и тежина сваки од њих укључени у безброј милиона израчуна широм света, многи људи се лако збуне овим количинама.

Густина, што се у физичком и свакодневном смислу једноставно односи на концентрацију нечега унутар одређеног дефинисаног простора, обично значи "густина масе", и стога се односи на количина материје по јединици запремине. Бројне заблуде обилују односом густине и тежине. Они су разумљиви и лако се рашчишћавају за већину рецензија као што је овај.

Поред тога, концепт композитна густина је важна. Многи материјали се природно састоје од смеше или елемената или структуралних молекула, или су произведени од њих, сваки са својом густином. Ако знате однос појединачних материјала један према другом у предмету који вас занима, и можете видети или на било који други начин утврдити њихове појединачне густине, тада можете одредити композитну густину материјала у целини.

Дефинисана густоћа

Густина је додељена грчким словом рхо (ρ) и једноставно је маса нечега дељена са њеним укупним волуменом:

ρ = м / В

СИ (стандардне међународне) јединице су кг / м³, с обзиром да су килограми и метри основне СИ јединице за масу и помицање („удаљеност“). Међутим, у многим стварним ситуацијама грами по милилитру или г / мл су погоднија јединица. Један мЛ = 1 кубни центиметар (ццм).

Облик предмета са датом запремином и масом не утиче на његову густину, чак и ако то може утицати на механичка својства предмета. Слично томе, два објекта истог облика (а тиме и запремина) и масе увек имају исту густину без обзира на то како се та маса расподељује.

Чврста сфера масе М и радијус Р са масом која се равномерно шири по сфери и чврста сфера масе М и радијус Р с масом која је готово у потпуности концентрисана у танкој спољној "шкољци" имају исту густину.

Густина воде (Х₂О) на собној температури и атмосферском притиску је дефинисано тачно 1 г / мЛ (или еквивалентно 1 кг / Л).

Архимедов принцип

У данима древне Грчке, Архимед је генијално доказао да када је предмет потопљен у воду (или било коју течност), сила коју доживљава једнака је маси воде која је померена пута гравитације (тј. Тежина воде). То доводи до математичког израза

м_обј - м_{апликација} = ρ_флВ_обј

Ријечима, то значи да разлика између предмета измјерених масе и његове привидне масе када је потопљена, подијељена са густоћом течности, даје волумен потопљеног предмета. Овај волумен се лако разазна када је објекат уредно обликован као што је сфера, али једначина је корисна за израчунавање волумена чудно обликованих објеката.

Маса, запремина и густина: претварање и подаци од интереса

А Л је 1000 цц = 1.000 мЛ. Убрзање због гравитације у близини површине Земље је г = 9,80 м / с².

Јер 1 Л = 1.000 ццм = (10 цм × 10 цм × 10 цм) = (0.1 м × 0.1 м × 0.1 м) = 10^-3 м³, у кубном метру има 1.000 литара. То значи да би контејнер у облику коцке у маси 1 м са сваке стране могао да садржи 1.000 кг = 2.204 килограма воде, веће од тоне. Запамтите, метар је свега око три и четвртине стопа; вода је можда "дебља" него што сте мислили!

Неравномерна уједначена маса

Већина објеката у природном свету има масу неједнако распрострањену по било ком простору који заузимају. Пример властитог тела; Своју масу можете одредити релативно лако користећи свакодневну вагу, а ако сте имали одговарајућу опрему могли бисте одредити волумен тела тако што ћете се потопити у каду са водом и применити Архимедов принцип.

Али знате да су неки делови много гушћи од других (на пример, кости против масти), тако да постоји локална варијација у густини.

Неки предмети могу имати једноличан састав, па стога једнолика густинаи поред тога што су направљени од два или више елемената или једињења. То се природно може појавити у облику одређених полимера, али вероватно је последица стратешког процеса производње, нпр. Оквира бицикла од угљених влакана.

То значи да бисте, за разлику од случаја људског тела, добили узорак материјала исте густине, без обзира где у објекту из кога сте га извадили или колико мали. У смислу рецепта, то је "потпуно уклопљено".

Густина композитних материјала

Једноставна густина масе композитни материјалиили материјали направљени од два или више различитих материјала са познатим густинама, могу се обрадити једноставним поступком.

На пример, рецимо да вам је дано 100 мл течности која износи 40 процената воде, 30 процената живе и 30 процената бензина. Колика је густина смеше?

Знате то за воду, ρ = 1,0 г / мЛ. Консултирајући табелу, установите да је ρ = 13,5 г / мЛ за живу и ρ = 0,66 г / мЛ за бензин. (Ово би створило врло токсичну сметњу за записник.) Слиједећи горе наведени поступак:

(0.40) (1.0) + (0.30) (13.5) + (0.30) (0.66) = 4.65 г / мЛ.

Висока густина доприноса живе повећава укупну густину смеше знатно изнад оне воде или бензина.

Еластични модули

У неким случајевима, за разлику од претходне ситуације у којој се тражи само права густина, правило смеше за композите честица значи нешто другачије. То је инжењерска брига која повезује укупну отпорност на стрес линеарне структуре, попут снопа, на отпор појединца влакно и матрица саставни дијелови, јер су такви објекти често стратешки пројектовани да удовоље одређеним захтјевима носивости.

То се често изражава у облику параметра познатог као еластични модули Е (такође зван Модул младића, или модул еластичности). Прорачун модула еластичности композитних материјала је с алгебарског становишта прилично једноставан. Прво потражите појединачне вредности Е у табели као што је она у Ресурси. Са количинама В за сваку компоненту у одабраном узорку познато, користите однос

Е_Ц = Е_Ф В_Ф + Е_М В_М ,

Где Е_Ц је модул смеше и претплате Ф и М односе се на влакна и компоненте матрице.