Поняття щільності і міцності часто вживаються у фізиці і механіці. Використовують їх в описі інших явищ і процесів, наприклад, щільність населення, міцність сімейних уз, щільність ключових слів і т.д.
Про поняття щільності
Щільністю зазвичай називають масу одиниці об'єму будь-якого речовини. Раніше цей називалося питомою вагою. Вона зазвичай виражається одним певним числом. Її визначають у вигляді відношення маси до займаному їй обсягом. Щільність зазвичай позначається грецькою буквою ρ (ро) і виводиться за формулою ρ = m / V. Тут m означає масу, а V обсяг речовини. Вимірюють її в кілограмах на кубічний метр або грамах на кубічний сантиметр. Вимірюватися може щільність речовини в цілому, щільність конкретного об'єкта або цей показник в його малої частини.
При вимірюванні цього показника у тел з порами або сипучих, використовують поняття істинної і питомої. Перша потрібна при ігноруванні порожнин. Питома розраховується як співвідношення маси тіла до займаної ним кубатурі. Для отримання з питомою істинної щільності користуються коефіцієнтом, за допомогою якого обчислюється із загального обсягу частина, яку займає порожнечами. Такий показник для матеріалів, які називають сипучими, називається насипний щільністю. Вона може змінюватися в залежності від того, в якому стані і при якій температурі знаходиться речовина.
Зазвичай зменшення температури призводить до її зростання. Однак, є винятки. Наприклад, у води вона найбільша, коли її температура досягає чотирьох градусів за Цельсієм. Може відхилятися в будь-яку сторону при зміні цієї температури. Вважається, що при охолодженні речовини воно стає щільніше. Так відбувається при зріджуванні газу, перетворення його у рідину і надалі затвердінні. У той же час, коли твердне кремній або вісмут, вони стають менш щільними. Такі явища по-різному відбуваються у різних природних об'єктів. Вченими підраховано, що найменшу щільність мають міжгалактичний і міжзоряний простору.
Найлегший газ водень в нормальних умовах має густину майже в півтора рази меншою, ніж сухе повітря. У повністю вдихнув повітря людини щільність в межах 940-990 кг / м3, а у видохнувшего його цей показник становить 1010-1070. Прісна вода температурою в + 4 градуси має 1000 кг / м3. У Сонця цей показник наполовину більше. У широких межах змінюється щільність елементів таблиці Менделєєва. У самого легкого металу літію вона менше, ніж у води. А у осмію вона значно більше, ніж у платини і золота. Залізо має густину в 7874 кг / м3.
Вимірюють щільність різними приладами. Дійсну густину визначають за допомогою пікнометра.
Пікнометри
Для рідин застосовують ареометри різних видів. Щільність грунту вимірюють за допомогою спеціальних невеликих бурів. Вібраційним Плотнометри вимірюють цей параметр у знаходяться під тиском газів і рідин.
Ареометри
Що таке міцність
Міцністю в фізичному сенсі називають властивість матеріалу чинити опір деформації або руйнування. Це відбувається в результаті впливу на нього ззовні і появою напруг зсередини. Міцної називають конструкцію або деталь, яка зберігає свої характеристики тривалий час. Для того, щоб визначити, наскільки міцний конкретний матеріал або конструкція, деталь, виробляються спеціальні розрахунки. Основними їх видами є виявлення граничних напруг або статичної міцності під впливом постійних навантажень і розрахунок втомної навантаження під впливом циклічних навантажень. Існує поняття загальної міцності, яке означає стійкість до руйнування цілої конструкції.
Такий метод широко використовується для проектування літальних апаратів. Найбільш поширеним способом є місцева міцність, яку використовують для визначення параметрів міцності окремих деталей, механізмів і вузлів. Сучасні на міцність вимагають використання сучасних комп'ютерних технологій. Використовуються переважно сіткові методи, за допомогою яких вирішуються завдання теоретичної фізики. Універсальним вважається метод кінцевих елементів.
Порушення міцності може призводити до різних видів руйнувань. Вони можуть мати тендітний або в'язкий характер. При першому поверхню надламлівается. При другому натягується (в'яжеться). У найбільш міцних матеріалів пластичність і в'язкість мінімальна. На міцність може впливати і температура середовища. Так, матеріали, що відносяться до среднепрочним i низької зі зниженням температури можуть стає міцніше. Низька температура дозволяє проводити міцності випробування на маленьких зразках.
Проблеми міцності вивчає інженерна наука, звана опором матеріалів, а також фізика, математична, теорія пружності, матеріалознавство і теоретична механіка. Створення ефективно і надійно працюючої техніки неможливо без знання основ цих дисциплін і їх застосування при розрахунках. Численні методи дослідження міцності в комплексі дають можливість щодо точно обчислити напруги в матеріалах.
У чому різниця
Щільність і міцність часто взаємопов'язані і потрібні для визначення характеристик різних матеріалів. Однак вони мають принципові відмінності.
- Щільністю позначають співвідношення маси до об'єму тіла. Міцність характеризує, яка напруга воно може витримати.
- Щільність вимірюється показником маси на одиницю об'єму. Міцність показує тиск в мегапаскалях
- Щільність є стабільним показником і визначається тільки своїм значенням. Міцність же може мати кілька видів (на розрив, стирання, стиснення та ін.).
- Зазвичай, чим нижче щільність, тим менше міцність. При незмінній щільності показники за міцністю матеріалу можуть змінювати шляхом додавання до нього різних компонентів.
- Щільність - показник для речовини в будь-якому агрегатному стані. Міцність застосовна тільки до твердих тіл.
- Щільність показник речовини, встановлений спочатку. Міцність змінюється під дією навантажень
