NAIZGLED GUSTOĆA: FORMULA, JEDINICE I RIJEŠENE VJEŽBE - FIZIČKA - 2024

Ukupna gustoća uzorka definirana kao kvocijent između njegove mase i nepromijenjenom volumenu koji obuhvaća sve prostore ili pore koje ona sadrži. Ako u ovim prostorima ima zraka, prividna gustoća ρ _b, odnosno osnovna gustoća je:

ρ _b = masa / volumen = masa _čestica + masa _zraka / volumen _čestica + količina _zraka

Slika 1. Nasipna gustoća vrlo je važna za karakterizaciju tla. Izvor: Wikimedia Commons.

Prilikom izračunavanja nasipne gustoće uzorka tla potrebno ga je prethodno sušiti u peći na 105 ºC dok masa ne bude konstantna, što ukazuje da je sav zrak ispario.

Prema ovoj definiciji, prividna gustoća tla ili suha gustoća izračunava se na ovaj način:

ρ _s = težina krutih elemenata / _kruti volumen + volumen _pore

Označavajući kao M _s suhu masu ili masu i V _t = V _s + V _p kao ukupni volumen, formula je:

ρ _s = M _s / V _t

Jedinice

Jedinice ukupne gustoće u Međunarodnom sustavu jedinica su kg / m ³. Međutim, i druge jedinice kao što su g / cm ³ i megagrami / kubični metar: Mg / m ³ također se široko koriste.

Koncept prividne gustoće vrlo je koristan kada su u pitanju heterogeni i porozni materijali poput tla, jer to pokazuje, između ostalog, i njihovu sposobnost odvodnje i prozračivanja.

Na primjer, slabo porozna tla imaju veliku nasipnu gustoću, kompaktna su i sklona zalijevanju lako, za razliku od poroznih tla.

Kada u porama uzorka ima vode ili neke druge tekućine, volumen nakon sušenja smanjuje se, stoga je prilikom izračuna potrebno znati udio izvorne vode (vidi riješeni primjer).

Nasipna gustoća tla

Prividna gustoća materijala općenito, uključujući tlo, vrlo je promjenjiva, budući da postoje faktori poput stupnja zbijanja, prisutnosti organskih tvari, njegove teksture, strukture, dubine i drugih, koji utječu na oblik i oblik. količina pora pora.

Tla su definirana kao heterogena mješavina anorganskih tvari, organskih tvari, zraka i vode. Mogu biti fine, srednje ili grube teksture na dodir, dok se čestice sastavnih dijelova mogu rasporediti na različite načine, parametar poznat kao struktura.

Fina, dobro strukturirana tla s visokim postotkom organske tvari obično imaju niske vrijednosti prividne gustoće. Suprotno tome, gusta tla s manje organske tvari i malo strukture imaju više vrijednosti.

Prividna gustoća prema teksturi

Prema svojoj teksturi, prividna gustoća ima sljedeće vrijednosti:

Tekstura	Gustoća naizgled (g / cm 3)
Fino	1,00 - 1,30
srednja	1,30 - 1,50
Bruto	1,50 - 1,70

Te vrijednosti služe kao opća referenca. U tresetnim tlima, koja obiluju biljnim ostacima, prividna gustoća može biti niža od 0,25 g / cm ³, ako se radi o vulkanskom mineralnom tlu, ona iznosi oko 0,85 g / cm ³, dok na vrlo zbijenim tlima doseže 1,90 g / cm ³.

Prividna gustoća prema dubini

Prividna vrijednost gustoće također raste s dubinom, jer je tlo općenito kompaktnije i ima manji postotak organske tvari.

Unutrašnjost terena sastoji se od vodoravnih slojeva ili slojeva, koji se nazivaju horizonti. Obzori imaju različite teksture, sastav i sabijanje. Stoga predstavljaju varijaciju u pogledu prividne gustoće.

Slika 2. Profil tla koji prikazuje različite horizonte. Izvor: Wikimedia Commons.

Istraživanje tla temelji se na njegovom profilu, koji se sastoji od različitih horizonata koji slijede jedan na drugi na uredno okomit način.

Kako izmjeriti prividnu gustoću?

Budući da je varijabilnost gustoće nasipa vrlo velika, često se mora izmjeriti izravno raznim postupcima.

Najjednostavnija metoda je izvaditi uzorak iz tla, umetnuti malo prostornog metalnog cilindra poznatog volumena u njega i paziti da ne zbije tlo. Ekstrahirani uzorak je zapečaćen, kako bi se izbjegao gubitak vlažnosti ili promjena karakteristika.

Potom se u laboratoriju uzorak ekstrahira, odvaga, a zatim se stavi u pećnicu na 105 ° C da se suši 24 sata.

Iako je najjednostavniji način pronalaženja suhe gustoće tla, ne preporučuje se na tlima s vrlo labavim teksturama ili puno kamenja.

Za njih je poželjna metoda iskopavanja rupa i spašavanje izvađene zemlje, kojoj će se uzorak sušiti. Volumen uzorka određuje se ulijevanjem suhog pijeska ili vode u iskopanu rupu.

U svakom slučaju, iz uzorka je moguće utvrditi vrlo zanimljiva svojstva tla kako bi se okarakterizirala. Sljedeća riješena vježba opisuje kako to učiniti.

Vježba riješena

Uzorak gline duljine 100 mm izvlači se iz cilindra uzorka, čiji je unutarnji promjer također 100 mm. Kad se izvaže, dobije se masa od 1531 g, koja je jednom suha smanjena na 1178 g. Specifična težina čestica je 2,75. Od njega se traži da izračuna:

a) Najveća gustoća uzorka

b) Sadržaj vlage

c) Omjer praznine

d) Suha gustoća

e) Stupanj zasićenosti

f) Sadržaj zraka

Rješenje za

Nepromijenjeni volumen V _t je izvorni volumen uzorka. Za cilindar promjera D i visine h, zapremina je:

V _cilindra = V _t = Područje baza x visina = πD ² /4 = π x (100 x 10 ^-3 m) ² x 100 x 10 ^-3 m / 4 = 0,000785 m ³

Izjava kaže da je masa uzorka M _s = 1531 g, dakle prema jednadžbi danoj na početku:

ρ _b = M _s / V _t = 1531 g / 0.000785 m ³ = 1950. 319 g / m ³ = 1.95 Mg / m ³

Rješenje b

Budući da imamo izvornu masu i suhu masu, masa vode sadržana u uzorku razlika je između ove dvije:

M _voda = 1531 g - 1178 g = 353 g

Postotak vlage u uzorku izračunava se na sljedeći način:

% Vlaga = (masa _vode / ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29. 97%

Rješenje c

Da bi se pronašao omjer praznine, ukupni volumen uzorka V _t mora se podijeliti na:

V _t = V _čestice + volumen _pora

Volumen koji zauzimaju čestice dobiva se iz suhe mase i specifične težine, podaci su dobijeni iz izjave. Specifična težina s _g je kvocijent između gustoće materijala i gustoće vode u standardnim uvjetima, pa je gustoća materijala:

ρ = s _g x ρ _voda = 2,75 x 1 g / cm ³ = 2,75 g / cm ³

ρ = M _s / V _s → V _s = 1,178 g / 2,75 g / cm ³ = 0,428 cm ³ = 0,000428 m ³

Volumen praznina u uzorku je V _v = V _t - V _s = 0.000785 m ³ - 0.000428 m ³ = 0.000357 m ³.

Omjer praznine e je:

e = V _v / V _s = 0,000357 m ³ / 0,000428 m ³ = 0,83

Rješenje d

Suha gustoća uzorka izračunava se kako je naznačeno u uvodu:

r _s = težinski čvrstog elemenata / Volumen _{krute tvari} + Volumen _pora = 1178 g / m 0,000785 ³ = 1.5 mg / m ³

Rješenje e

Stupanj zasićenja je S = (V _voda / V _v) x 100%. Budući da znamo masu vode u uzorku, izračunatu u točki b) i njegovu gustoću, izračunavanje njegovog volumena je odmah:

ρ _voda = M _voda / V _voda → V _voda = 353 g / 1 g / cm ³ = 353 cm ³ = 0.000353 m ³

S druge strane, volumen praznina izračunat je u točki c)

S = (0,000353 m ³ / 0,000357 m ³) x 100% = 98,9%

Rješenje f

Konačno, postotak sadržaja zraka je A = (V _zrak / V _t) x 100%. Volumen zraka odgovara:

V _v - V _voda = 0,000357 m ³ - 0,000353 m ³ = 0,000004 m ³

A = (V _zrak / V _t) x 100% = (0,000004 m ³ / 0,000785 m ³) x100% = 0,51%

Reference

1. Berry, P. Mehanika tla. McGraw Hill.
2. Constrummatics. Prividna gustoća. Oporavak od: construmatica.com.
3. NRCS. Nasipna gustoća tla. Oporavak od: nrcs.usda.gov.
4. UNAM. Odjel za edafologiju. Priručnik za analitičke postupke fizike tla. Oporavak od: geologia.unam.mx.
5. Wikipedia. Nasutna gustoća Oporavilo sa: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Kat. Oporavilo sa: en.wikipedia.org.