密度計算機

密度計算機は、物質の密度、質量、体積を計算するのに役立ちます。これらのパラメーターは相互に関連しているため、他の 2 つのパラメーターを知ることで 1 つのパラメーターを計算できます。たとえば、オブジェクトの質量と体積がわかっている場合は、その密度を計算できます。または、密度計算機を使用して、オブジェクトの体積と密度がわかっている場合は、オブジェクトの質量を決定できます。

この計算機は、さまざまな尺度を使用して密度を計算できるため、非常に便利です。密度計算機では、グラム、キログラム、オンス、ポンドを質量測定値として使用できます。ミリリットル、立方センチメートル、立方メートル、リットル、立方フィート、および立方インチを体積測定として使用できます。

物質密度の定義

物質の密度は、通常の条件下で体積の単位に含まれる質量です。

世界で最も一般的に使用されている密度単位は、キログラム/立方メートル(kg/m³)の SI単位と、立方センチメートルあたりのグラム(g/cm³)のCGS単位です。1kg/m³は1000g/cm³に相当します。

米国では、伝統的に、密度はポンド/立方フィートで表されます。

1立方フィートあたり1ポンド=16.01846337395キログラム/立方メートル。したがって、物質の密度をSI単位から従来の米国単位に変換するには、数値を16.01846337395または単に16で割ります。また、物質の密度を米国単位からSI単位に変換するには、数値に16を掛けます。

ギリシャ文字ρは通常、密度を表すために使用されます。ラテン文字Dとd(ラテン語の「デン シタス」または「密度」から)が密度式で使用されることがあります。

物質の密度を見つけるには、その質量を体積で割ります。密度ρは、密度式を使用して計算されます:

$$ρ=\frac{m}{V}$$

ここで、Vは質量mの物質が占める体積です。

密度、質量、体積は相互に関連しているため、密度と体積がわかれば、質量を計算できます:

$$m=ρ V$$

そして、物質の密度と質量を知って、体積を計算できます:

$$V=\frac{m}{ρ}$$

各種物質の密度

異なる物質や材料の密度は大きく異なる可能性があります。

固体、液体、気体の状態で同じ物質の密度は異なります。たとえば、水の密度は1000 kg /m³、氷は約900 kg /m³、水蒸気は0.590 kg /m³です。

密度は、温度、物質の凝集状態、および外圧に依存します。圧力が上昇すると、物質の分子はより高密度になります。これにより密度が高くなります。

物体の圧力または温度の変化は、通常、その密度の変化につながります。温度が下がると、物質中の分子の動きが遅くなり、遅くなるため、必要なスペースが少なくなります。これは密度の増加につながります。逆に、温度の上昇は通常密度の低下につながります。

この規則は、水、鋳鉄、青銅、および特定の温度で異なる動作をするその他の物質を除外します。

水の最大密度は4°Cで、997 kg/m³です。水の密度は、計算を容易にするために、多くの場合、1000 kg/m³に切り上げられます。温度が上昇または下降すると、水の密度は減少します。氷は密度が916.7 kg/m³であるため、水面に沈むことはありません。

氷のこの特性の理由は、いわゆる水素結合です。氷結晶格子はハニカムのように見え、水分子は6つの角のそれぞれで水素結合によって接続されています。固体状態の水の分子間の距離は、それらが自由に動きそして互いに近づくことができる液体形態よりも大きい。 水、ビスマス、シリコンの密度も凝固とともに減少します。

物質の密度は、何が浮き、何が沈むかを決定します。水よりも密度の低い物体(1 gm/cm³未満)は、発泡スチロールや木材のように水に浮かびます。

金属、コンクリート、ガラス1gm/cm³を超える)などの高密度の材料は、密度が水よりも高いため、水に沈みます。

鉄の砲弾は、その密度が水の密度よりも大きいため、水に沈みます。鉄の船が海に浮かんでいます。鉄は水よりも密度が高いですが、船内のほとんどは空気で満たされています。そしてこれは血管の全体的な密度を減らします。容器が鉄の固い塊だったら、沈むでしょう。

塩水に沈められた物体は、澄んだ水や水道水よりも浮く傾向があります。つまり、浮力が大きくなります。この効果は、塩水が高密度のために物体に与える浮力のために発生します。

固体の密度

固形物	kg/m³	g/cm³
オスミウム	22 600	22.6
イリジウム	22 400	22.4
白金	21 500	21.5
金	19 300	19.3
鉛	11 300	11.3
銀	10 500	10.5
銅	8900	8.9
鋼	7800	7.8
錫	7300	7.3
亜鉛	7100	7.1
鋳鉄	7000	7.0
アルミニウム	2700	2.7
大理石	2700	2.7
ガラス	2500	2.5
磁器	2300	2.3
コンクリート	2300	2.3
ブリック	1800	1.8
ポリエチレン	920	0.92
パラフィン	900	0.90
オーク	700	0.70
パイン	400	0.40
コルク	240	0.24

例

あなたが彫刻家であり、小さな彫像を作るために大理石のブロックを購入しようとしていると想像してください。あなたは品質と価格の点であなたに合った0.3×0.3х0.6メートルの寸法の大理石ブロックを販売しています。ブロックの重量を計算して、ブロックを輸送するのに最適な方法を理解する方法は?

ブロックの寸法を互いに乗算して、ブロックの体積を計算しましょう。

0.3 × 0.3 × 0.6 = 0.054 m³

大理石の密度は2700kg/m³であることがわかっています。したがって、式を使用してブロックの質量を探しています:

$$m=ρ V$$

それで0.054 × 2700 = 145.8 kg.したがって、あなたが好きな大理石ブロックの重さは約145.8キログラムになります。

液体の密度

液体	kg/m³	g/cm³
水銀	13 600	13.60
硫酸	1 800	1.80
蜂蜜	1 350	1.35
海水	1 030	1.03
全乳	1 030	1.03
純水	1 000	1.00
ひまわり油	930	0.93
マシンオイル	900	0.90
灯油	800	0.80
アルコール	800	0.80
油	800	0.80
アセトン	790	0.79
ガソリン	710	0.71

ガスの密度

ガス	kg/m³	g/cm³
塩素	3.210	0.00321
二酸化炭素	1.980	0.00198
酸素	1.430	0.00143
空気	1.290	0.00129
窒素	1.250	0.00125
一酸化炭素	1.250	0.00125
天然ガス	0.800	0.0008
水蒸気	0.590	0.00059
ヘリウム	0.180	0.00018
水素	0.090	0.00009

一酸化炭素の密度を知ることは、人間に有毒な一酸化炭素を生成する火災で役立ちます。一酸化炭素は空気よりわずかに軽いので、部屋の一番上に上がります。したがって、火災時に部屋にいる場合は、できるだけ低く、床に近づくのが最善です。

バルク食品密度

バルク材料	kg/m³	g/cm³
細かく挽いた食用塩	1 200	1.2
グラニュー糖	850	0.85
粉砂糖	800	0.8
豆	800	0.8
麦	770	0.77
穀物トウモロコシ	760	0.76
黒砂糖	720	0.72
米ひき割り穀物	690	0.69
皮をむいたピーナッツ	650	0.65
ココア	650	0.65
ドライクルミ	610	0.61
小麦粉	590	0.59
粉ミルク	450	0.45
焙煎コーヒー豆	430	0.43
ココナッツパン粉	350	0.35
オートミール	300	0.3

計算例

あなたは900グラムの重さのコーヒー豆のパックを買いました。自宅に便利な1.5リットルのコーヒー缶があります。このコーヒーはすべて瓶に収まりますか?まず、リットルには1000cm³が含まれていることを覚えておく価値があります。したがって、1500cm³の瓶があります。

その質量と密度の知識を使用してコーヒーの量を計算します。

$$V=\frac{m}{ρ}$$

コーヒーの量はに等しくなります:

$$\frac{900}{0.43}= 2093.023255814\ cm³$$

既存の瓶はあなたが買ったすべてのコーヒーのために十分ではありません。

バルク建材の密度:

バルク材料	kg/m³	g/cm³
砂が濡れている	1920	1.92
湿った粘土	1600 - 1820	1.6 - 1.82
砕いた石膏	1600	1.6
土地、ローム、ウェット	1600	1.6
砕石	1600	1.6
セメント	1510	1.51
砂利	1500 - 1700	1.5 - 1.7
石膏片	1290 - 1600	1.29 - 1.6
サンドドライ	1200 - 1700	1.2 - 1.7
土地、ローム、ドライ	1250	1.25
乾燥粘土	1070 - 1090	1.07 - 1.09
アスファルトパン粉	720	0.72
木屑	210	0.21

かさ密度の概念は、バルク建材(砂、砂利、発泡粘土など)の分析に使用されます。 この指標は、建設混合物のさまざまな成分の費用効果の高い使用を計算するために不可欠です。

かさ密度は可変値です。特定の条件下では、同じ重量の材料が異なる体積を占める場合があります。また、同じ体積の場合、質量は異なる場合があります。粒子が浅いほど、それらはより密に山状に配置されます。砂は建設資材のかさ密度が最も高いです。粒子が大きいほど、それらの間により多くのボイドがあります。サイズに加えて、粒子の形状は重要な役割を果たします。最も圧縮された粒子は規則的な形の粒子です。

かさ密度を知ることは、埋める必要のあるピットまたは溝の体積がわかり、この目的のために購入する必要のある材料の重量を知りたい場合は不可欠です。密度を知ることは、材料をキログラムで販売していて、その量を知る必要がある場合にも役立ちます。また、購入した品目の輸送に必要な輸送単位の数を正しく計算する場合は、かさ密度に関する情報も重要になります。

平均物質密度

体にボイドがあるか、さまざまな物質 (船、サッカーボール、人など)でできていると します。その場合、私たちは体の平均密度について話します。次の式を使用して計算することもできます。

$ρ=\frac{m}{V}$.

たとえば、人体の平均密度は、完全吸入の場合は940〜990kg/m³から、完全呼気の場合は1010〜1070kg/m³の範囲です。人体密度は、人体の骨、筋肉、脂肪量の優位性などのパラメータに大きく影響されます。

密度の興味深い自然な例

• 銀河間媒体は、自然界で最も低い密度、すなわち 2×10⁻³¹kg/m³ から 5×10⁻³¹kg/m³ です
• 太陽の平均密度は約1,410kg/m³で、水の密度の約1.4倍です。
• 花崗岩の密度は2,600kg/m³です。
• 地球の平均密度は5 520 kg /m³です。
• 鉄の密度は7,874kg/m³です。
• 銀の密度は10,490 kg /m³です。
• 金の密度は19,320 kg /m³です。
• 標準条件で最も密度の高い物質は、オスミウム(22,600 kg /m³)、イリジウム(22 400 kg /m³)、白金(21,500 kg /m³)です。
• 宇宙で最も高い密度はブラックホールにあります。ブラックホールの平均密度はその 質量に依存します。太陽質量のオーダーの質量を持つブラックホールの密度は約10¹⁹kg /m³で、核密度の2×10¹⁷kg/m³を超えています。また、太陽質量が10⁹の超大質量ブラックホールの平均密度は約20kg/m³で、水の密度(1000kg/m³)よりもはるかに小さくなります。

密度計算

材料の密度を測定するためにいくつかの方法が使用されます。そのような方法には、:

• 比重計 (液体の浮力法),
• 静水圧バランス (液体と固体の浮力法),
• 水中体法 (流体の浮力法),
• ピクノメーター (液体および固体用),
• 空気比較ピクノメーター (固体用),
• 振動濃度計 (流体用),
• 充填と放出 (ソリッドの場合)。

物質の密度または家庭での物体の平均密度は、その物質または物体の体積と質量を測定することで計算できます。

まず、スケールを使用してオブジェクトの質量を決定します。

次に、寸法を測定するか、測定容器に注ぐことによって体積を決定します。この容器は、計量カップから典型的なサイズのボトルまで何でもかまいません。オブジェクトの形状が複雑な場合は、オブジェクトが移動する水の量を測定することができます。

質量を体積で割って、次の式を使用して物質または物体の密度を計算します:

$$ρ=\frac{m}{V}$$

業界における密度特性の使用

密度の既知の用途の1つは、物体が水に浮かぶかどうかを決定することです。オブジェクトの密度が水の密度よりも小さい場合、オブジェクトは浮きます。その密度が水の密度よりも小さい場合、それは沈みます。

船は空気を保持するバラストタンクを備えているため、浮くことができます。これらのタンクは大量の小さな質量を提供し、船の密度を低下させます。平均密度が低いと、水が船に及ぼす浮力とともに、船が浮くことができます。

油は水よりも密度が低いため、水面に浮かびます。油流出は環境に有害ですが、油が浮く能力により、浄化が容易になります。

平均密度指数は、材料の物理的状態を反映しています。そのため、平均密度指数は、湿気、正と負の温度、および機械的ストレスにさらされたときに、実際の条件下で建築材料がどのように動作するかを決定します。

建設および機械工学で低密度材料を使用することは、環境的にも経済的にも有益です。 たとえば、以前は航空機やロケットの本体はアルミニウムと鋼でできていました。 それでも、現在は密度が低く、軽量なチタンで作られています。 これにより、燃料が節約され、より多くの貨物を運ぶことができます。

物質の密度に関する情報も農業にとって重要です。土の密度が高いと熱が伝わりにくく、冬になると深いところまで凍ってしまいます。耕作すると、そのような土壌は大きなブロックにバラバラになり、植物はうまく育ちません。

土壌密度が低い場合、水はそのような土壌をすばやく通過します。つまり、水分は土壌に保持されません。また、大雨は土壌の最上部の肥沃な層を洗い流す可能性があります。 そのため、農学者は良い作物を得るために土壌の密度を知る必要があります。

伝説の密度測定履歴

密度測定の話は、アルキメデスの話から始まります。アルキメデスは、金細工師がヒエロ 2 世王の王冠を作る際に金を横領したかどうかを判断する任務を負っていました。 王は王冠が金と銀の合金でできているのではないかと疑いました。当時、科学者たちは、金が銀の約2倍の密度であることを知っていました。しかし、王冠の組成を確認するには、その体積を計算する必要がありました。

王冠を押しつぶして立方体にすることで、その体積を簡単に計算して質量と比較し、密度に基づいてそれが金であるかどうかを判断できました。 しかし、王はそのようなアプローチを承認しなかったでしょう。

アルキメデスは、入口の水の上昇から、押しのけられた水の体積によって金の王冠の体積を計算できることに気付きました。 この発見の後、彼は浴槽から飛び出し、「エウレカ！エウレカ！」と叫びながら、通りを裸で走った。 ギリシア語で「イージポーネκα！」 「見つけた」という意味です。

アルキメデスは、王冠によって押しのけられる水の体積と、王冠と同じ質量の金の延べ棒によって押しのけられる水の体積を計算しました。実験の結果、王冠はより多くの水を押しのけました。純金よりも密度が低く軽い素材でできていることが判明しました。 その結果、宝石商は不正行為を行っていました。

その結果、悟りや洞察の瞬間を指す言葉として人気を博した「エウレカ」という言葉が生まれました。