Tihedus: definitsioon, valem (ρ = m/V) ja praktilised näited

Tihedus: selge selgitus, ρ = m/V, valem, ühikud ja praktilised näited—õpi kuidas arvutada objektide tihedust ja eristada materiaale igapäevaelus.

Tihedus on mõõtühik, mis võrdleb objekti aine kogust selle mahuga. Suure tihedusega on objekt, millel on teatud mahus palju ainet. Väikese ruumalaga objektil, millel on sama palju ainet, on väike tihedus. Tihedus leitakse, jagades eseme massi selle ruumalaga.

ρ = m V {\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}

kus ρ on tihedus, m on mass ja V on ruumala.

Mida tihedus tegelikult tähendab

Täpsemalt on tihedus füüsikaline suurus, mis väljendab aine hulka ruumalaühikus. Tihedus ei ole iseenesest mõõtühik, vaid füüsikaline omadus — selle mõõtühikud (nt kg/m³) kirjeldavad, kuidas suurus väljendatakse. Tihedus annab väärtuslikku infot materjali koostise, struktuuri ja omaduste kohta ning on oluline nii inseneritöös kui loodusteadustes.

Mõõtühikud ja teisendused

• SI-mõõtühik: kilogramm kuupmeetri kohta (kg/m³).
• Levinud keemias ja laborites: gramm kuupsentimeetri kohta (g/cm³). 1 g/cm³ = 1000 kg/m³.
• Muud ühikud: kg/L (1 kg/L = 1000 kg/m³), mg/mL jms.

Praktilised näited tihedustest

• Vesi (4 °C): ~1,000 kg/m³ ehk 1,00 g/cm³.
• Õhk (0 °C, 1 atm): ~1,29 kg/m³ (sõltub temperatuurist ja rõhust).
• Raud: ~7,874 kg/m³ ehk ~7,87 g/cm³.
• Gaaside tihedus võib rängalt sõltuda temperatuurist ja rõhust — nt hapniku ja lämmastiku tihedused on õhust erinevad.

Näited arvutustega

1) Kui esemel on m = 200 g ja V = 100 cm³, siis tihedus ρ = 200 g / 100 cm³ = 2,0 g/cm³ = 2000 kg/m³.

2) Kui metallkuulil on mass 2,0 kg ja maht 0,0005 m³ (0,5 L = 0,0005 m³), siis ρ = 2,0 kg / 0,0005 m³ = 4000 kg/m³.

Mõõtmismeetodid

• Direktne mõõtmine: mõõdetakse mass ja maht (näiteks geomeetriliste kehade puhul).
• Vedelike ja tahkete kehade puhul: vaakumpüknomeeter (pyknometer) või teisendused massi ja tiheduse alusel.
• Archimedes’i meetod: vahetu mahu määramine vedelikku sukeldamise kaudu — sageli kasutatakse ebakorrapäraste kehade puhul.
• Gaaside puhul: ideaalgaasi ligikaudne seos p = ρRT / M võimaldab leida tiheduse temperatuuri ja rõhu funktsioonina.

Tiheduse sõltuvus tingimustest

Temperatuur: enamikel ainetel tihedus langeb soojenemisel (aine paisub) ning kasvab jahutamisel. Vedeliku veidi erandlikult võib vee tihedus maksimumi saavutada ~4 °C juures.

Rõhk: tahkete ainete ja vedelike puhul avaldub rõhu mõju üldjuhul vähe tavatingimustes; gaaside tihedus sõltub rõhust tugevalt (suurem rõhk → suurem tihedus). Seetõttu tuleb tihedusi võrrelda või mõõta üheselt määratud tingimustes (nt 20 °C, 1 atm).

Suhte- ja näivtihedus

Suhte tihedus (ingl k specific gravity) on tiheduse suhe vee või mõne muu võrdlusmaterjali tihedusega sama temperatuuril — see on dimensioonitu arv. Näiteks vee suhtetihedus = 1,0 tähendab, et aine tihedus on sama mis vee omad.

Rakendused ja tähtsus

• Materjalivalikul inseneritöös (nt kerge vs tugev materjal).
• Laevanduses ja ujuvuses — tihedus määrab hüdrostaatilise tõuke ja ujuvuse.
• Keemias ja protsessitehnikas — kontsentratsioonid, segunemine ja eraldamisprotsessid.
• Kvaliteedikontrollis — impordi- ja tootmises tiheduse mõõtmine aitab tuvastada materjali koostist ja defekte.

Tüüpilised vead ja tähelepanekud

• Kasutada sobivaid ühikuid ja teha korrektsed teisendused (nt g/cm³ ↔ kg/m³).
• Mõista, et tihedus sõltub tingimustest — alati märgi mõõtmiste temperatuur ja rõhk.
• Ebakorrapärase kuju korral eelistada Archimedes’i meetodit või pyknomeetrit täpseks mahu määramiseks.

Kiire meeleshea: kui tead massi ja mahtu, arvuta tihedus valemiga ρ = m/V ning märgi alati kasutatud ühikud ja mõõtmistingimused.

Küsimused ja vastused

K: Mis on tihedus?

K: Kuidas mõõdetakse tihedust?

K: Kuidas on määratletud suur tihedus?

K: Kuidas on määratletud madal tihedus?

K: Milliseid sümboleid kasutatakse tiheduse, massi ja ruumala tähistamiseks?

K: Kas kahel sama massiga objektil võib olla erinev tihedus?

K: Milline on võrrand tiheduse leidmiseks?

Otsing