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質量と密度-体積と、これら2つの量を物理的および数学的にリンクする概念-は、物理科学の最も基本的な概念の2つです。それにも関わらず、質量、密度、体積、重量はそれぞれ世界中で無数の数百万の計算に関与していますが、多くの人々はこれらの量に簡単に混乱しています。
密度、 これは、物理的および日常的な用語の両方で、特定の定義された空間内の何かの集中を単に指し、通常「質量密度」を意味し、したがって、 単位体積あたりの物質の量。密度と重量の関係については、多くの誤解がたくさんあります。これらは理解可能であり、このようなレビューでほとんどの場合簡単に解決できます。
さらに、の概念 複合密度 は重要。多くの材料は、それぞれ独自の密度を持つ混合物または要素または構造分子から自然に構成されるか、それらから製造されます。関心のあるアイテムの個々の材料の相互の比率がわかっていて、それらの個々の密度を調べたり、他の方法で把握できる場合は、材料全体の複合密度を決定できます。
定義された密度
密度にはギリシャ文字rho（ρ）が割り当てられ、単純に何かの質量をその総体積で割ったものです。
ρ= m / V
SI（標準国際）単位はkg / m3、キログラムとメートルはそれぞれ質量と変位（「距離」）の基本SI単位であるためです。ただし、多くの実際の状況では、ミリリットルあたりのグラム（g / mL）がより便利な単位です。 1 mL = 1立方センチメートル（cc）。
特定の体積と質量を持つオブジェクトの形状は、オブジェクトの機械的特性に影響を与える可能性がある場合でも、密度には影響しません。同様に、同じ形状（したがって体積）と質量の2つのオブジェクトは、その質量の分布方法に関係なく、常に同じ密度を持ちます。
質量の固体球 M および半径 R その質量は球体全体と固体の球体全体に均等に広がります M および半径 R 質量がほぼ完全に薄い外側の「シェル」に集中しているため、密度は同じです。
水の密度（H2O）室温および大気圧では、正確に1 g / mL（または同等に1 kg / L）と定義されます。
アルキメデスの原理
古代ギリシャの時代、アルキメデスは、物体が水（または任意の流体）に沈められたとき、その物体が受ける力は、変位した水の質量と重力（つまり水の重量）の積に等しいことをかなり巧妙に証明しました。これは数式につながります
mobj – mアプリ = ρflVobj
言い換えると、これは、測定された物体と水没時の見かけの質量との差を流体の密度で割ることで、水没した物体の体積が得られることを意味します。このボリュームは、オブジェクトが球体などの規則的な形状のオブジェクトである場合に簡単に識別できますが、奇妙な形状のオブジェクトのボリュームを計算するには方程式が役立ちます。
質量、体積、密度：変換と対象データ
Lは1000 cc = 1,000 mLです。地球の表面近くの重力による加速度は g = 9.80 m / s2.
1 L = 1,000 cc =（10 cm×10 cm×10 cm）=（0.1 m×0.1 m×0.1 m）= 10であるため-3 m3、1立方メートルあたり1,000リットルです。これは、両側に1 mの質量のない立方体の容器が、1トンを超える1,000 kg = 2,204ポンドの水を保持できることを意味します。覚えておいてください、メートルはたったの3/4フィートです。水はおそらくあなたが思ったよりも「濃い」のです！
不均一対均一質量分布
自然界のほとんどのオブジェクトの質量は、占有する空間全体に不均等に広がっています。あなた自身の体は例です。毎日の体重計を使用して比較的簡単に質量を決定できます。適切な機器があれば、水槽に浸けてアルキメデスの原理を採用することで体の体積を決定できます。
しかし、一部の部分は他の部分よりもはるかに密度が高いことを知っています（たとえば、骨と脂肪）。 局所変動 密度で。
一部のオブジェクトは均一な構成を持つ場合があり、したがって 均一密度、2つ以上の元素または化合物でできているにもかかわらず。これは特定のポリマーの形で自然に発生する可能性がありますが、戦略的な製造プロセス、たとえば炭素繊維自転車フレームの結果である可能性があります。
これは、人体の場合とは異なり、オブジェクトのどこから抽出したか、またはどれだけ小さいかに関係なく、同じ密度のサンプルを取得することを意味します。レシピ用語では、「完全にブレンドされています」。
複合材料の密度
の単純質量密度 複合材料、または既知の個々の密度を持つ2つ以上の異なる材料から作られた材料は、簡単なプロセスを使用して解決することができます。
たとえば、水40％、水銀30％、ガソリン30％の液体100 mLが与えられたとします。混合物の密度は？
水の場合、ρ= 1.0 g / mLであることがわかります。表を参照すると、水銀の場合ρ= 13.5 g / mL、ガソリンの場合ρ= 0.66 g / mLであることがわかります。 （これは、記録のために非常に有毒な調合を行います。）上記の手順に従って：
（0.40）（1.0）+（0.30）（13.5）+（0.30）（0.66）= 4.65 g / mL。
高密度の水銀の寄与により、混合物の全体の密度が水またはガソリンの密度を大きく上回ります。
弾性率
場合によっては、真の密度のみが求められる以前の状況とは対照的に、粒子複合材料の混合規則は何か異なることを意味します。梁などの線形構造の応力に対する全体的な抵抗を、個々の抵抗に関連付けることは工学的な懸念事項です。 ファイバ そして マトリックス そのようなオブジェクトは、特定の耐荷重要件に適合するように戦略的に設計されることが多いため、構成要素です。
これは、多くの場合、 弾性率 E （とも呼ばれている ヤング率、 または 弾性率）。複合材料の弾性率の計算は、代数的観点から非常に簡単です。まず、個々の値を調べます E リソース内のテーブルなどのテーブル内。ボリュームで V 選択されたサンプルの各コンポーネントの既知、関係を使用
EC = EF VF + EM VM ,
どこ EC 混合物と下付き文字のモジュラスです F そして M それぞれ繊維成分とマトリックス成分を参照してください。