Калькулятор відносної густини
Введіть густину (або масу та об'єм) і миттєво отримайте відносну густину відносно води, морської води, повітря або власного еталона, а також густину, переведену в поширені одиниці.
Перетворення густини у відносну густину
Формула відносної густини
Де:
- \(SG\) — відносна густина (безрозмірна величина)
- \(\rho\) — густина речовини (kg/m³)
- \(\rho_r\) — густина еталонної речовини (kg/m³)
Відносна густина — це відношення густини речовини до густини еталонного матеріалу. Оскільки це відношення двох густин, результатом є чисте число без одиниць вимірювання. Для рідин і твердих тіл за еталон зазвичай беруть чисту воду, для газів — повітря.
Якщо відомі лише маса \(m\) та об'єм \(V\) зразка, спочатку знаходять його густину:
\[ \rho \;=\; \frac{m}{V} \]
{/wp_code}
Відносна густина — приклад розрахунку
Приклад: шматок алюмінію має густину \(\rho = 2.7\ \text{g/cm}^3 = 2700\ \text{kg/m}^3\). Знайдіть його відносну густину відносно чистої води за 4 °C (\(\rho_r = 1000\ \text{kg/m}^3\)).
\[ SG \;=\; \frac{\rho}{\rho_r} \;=\; \frac{2700\ \text{kg/m}^3}{1000\ \text{kg/m}^3} \;=\; 2.7 \]
Результат: відносна густина алюмінію становить 2,7. Оскільки густина води дорівнює \(1\ \text{g/cm}^3\), числове значення в g/cm³ таке саме — зручним орієнтиром для твердих тіл і рідин, порівнюваних із водою.
Як користуватися калькулятором
- Вирішіть, як ви опишете свою речовину. Якщо вам відома її густина, залиште прапорець «Ввести масу та об'єм замість густини» не позначеним і введіть значення в поле Густина речовини (ρ), потім оберіть одиницю (kg/m³, g/cm³, g/mL, lb/ft³ або lb/US gal).
- Якщо густина невідома, позначте прапорець і введіть Масу (m) та Об'єм (V) вашого зразка з відповідними одиницями — калькулятор обчислить \(\rho = m/V\) за вас.
- Оберіть Еталонну речовину: вода за 4 °C, вода за 20 °C, середня морська вода, повітря за 20 °C або власний еталон.
- Якщо ви оберете «Власну густину еталона», введіть її значення та одиницю в полі Густина еталона (ρᵣ), що з'явиться.
- Прочитайте результати: у блоці Відносна густина (SG) показано відношення, обидві густини та інтерпретацію (тоне, плаває, піднімається); блок Густина речовини перетворює густину в kg/m³, g/cm³, lb/ft³, lb/US gal та масу одного літра.
Що таке відносна густина?
Відносна густина (SG, англ. relative density) порівнює, наскільки речовина щільніша за еталонний матеріал. Вона відповідає на просте запитання: «У скільки разів ця речовина щільніша (або легша) за еталон?» Оскільки одиниці скорочуються під час ділення, відносна густина — це безрозмірне число: деталь з алюмінію з SG = 2,7 рівно в 2,7 раза щільніша за воду, яку б систему одиниць ви не використовували.
Для твердих тіл і рідин еталоном майже завжди є чиста вода. За води за 4 °C (густина рівно \(1000\ \text{kg/m}^3\)) відносна густина чисельно дорівнює густині в g/cm³, що робить перетворення нескладними: рідина з SG = 0,8 має густину \(800\ \text{kg/m}^3\). Для газів еталоном зазвичай є повітря за 20 °C і 1 атм (близько \(1.2\ \text{kg/m}^3\)), і отримане значення використовують в оцінках безпеки — наприклад, щоб передбачити, чи витікаючий газ підніматиметься чи накопичуватиметься біля підлоги.
Значення також говорить про плавучість. Речовина з SG > 1 тоне у воді; SG < 1 — плаває; SG = 1 — перебуває у стані нейтральної плавучості. Лід (SG ≈ 0,92) плаває так, що близько 8 % його об'єму залишається над поверхнею води, тоді як сталь (SG ≈ 7,8) тоне — що й пояснює, чому плаває сталевий корабель: його середня густина, з урахуванням корпусу, набагато менша за 1, якщо врахувати повітря всередині.
Довідкова таблиця
| Речовина | Густина (kg/m³) | SG відносно води за 4 °C |
|---|---|---|
| Золото | 19 300 | 19,3 |
| Свинець | 11 340 | 11,34 |
| Сталь | 7 850 | 7,85 |
| Алюміній | 2 700 | 2,7 |
| Морська вода (середня) | 1 025 | 1,025 |
| Чиста вода за 4 °C | 1 000 | 1,000 |
| Лід | 917 | 0,917 |
| Етанол | 789 | 0,789 |
| Оливкова олія | ≈ 910 | ≈ 0,91 |
| Повітря за 20 °C, 1 атм | 1,204 | 0,0012 |
Припущення, обмеження та поради
- Температура має значення. Густина змінюється з температурою, тому точну відносну густину має сенс розглядати лише разом із температурою. Вода зменшується з \(1000\ \text{kg/m}^3\) за 4 °C до приблизно \(998.2\ \text{kg/m}^3\) за 20 °C — різниця 0,2 %. Саме тому калькулятор пропонує обидва водні еталони.
- Речовина вважається однорідною. Розрахунок розглядає матеріал як гомогенний. Суміші, суспензії та пористі тверді тіла мають ефективну густину, яка може відрізнятися від густини будь-якого окремого компонента.
- Маса та об'єм мають описувати один і той самий зразок. Використовуючи режим маса/об'єм, переконайтеся, що обидва значення стосуються одного об'єкта, виміряних за однакової температури.
- Ареометри та лабораторна практика. Комерційні прилади (ареометри, пікнометри, цифрові густиноміри) регулярно визначають відносну густину; цей калькулятор — швидкий спосіб перевірити або перетворити такі покази між системами одиниць.
- Відносна густина — одна з базових властивостей матеріалів, що використовується у фізиці — від плавучості та статики рідин до задач, пов'язаних з енергією та рухом. З пов'язаними темами ознайомтеся в нашому Калькуляторі закону збереження енергії, Калькуляторі доцентрової сили та Калькуляторі пружного зіткнення (1D).
Часті запитання
Яка різниця між відносною густиною та густиною?
Густина — це фізична властивість з одиницями вимірювання: вона показує, скільки маси міститься в заданому об'ємі, наприклад \(2700\ \text{kg/m}^3\). Відносна густина — це чисте відношення без одиниць: густина речовини, поділена на густину еталона (зазвичай води). Два матеріали можуть мати однакову відносну густину відносно води, але дуже різні густини в lb/ft³. На практиці відносна густина зручна тим, що не залежить від системи одиниць і її можна виміряти безпосередньо ареометром.
Яким є нормальне або типове значення відносної густини?
Для поширених рідин вона приблизно коливається від 0,7 (бензин) до близько 1,26 (гліцерин), причому більшість олій — між 0,8 і 0,95, а сама вода — 1,0. Метали набагато важчі: алюміній — 2,7, сталь — близько 7,8, свинець — 11,3, золото — 19,3. Гази, порівнювані з повітрям, групуються біля 1: метан — близько 0,55 (піднімається), а вуглекислий газ — близько 1,5 (осідає). Єдиного «правильного» значення немає — все залежить від матеріалу та його призначення.
Як перетворити відносну густину назад у густину?
Помножте SG на густину еталона. Відносно води за 4 °C рідина з SG = 0,85 має густину \(0.85 \times 1000 = 850\ \text{kg/m}^3\), що також становить 0,85 g/cm³ або близько 53,1 lb/ft³ (поділіть kg/m³ на 16,018). Якщо еталоном є повітря, множте приблизно на 1,2 kg/m³. Перед перетворенням завжди перевіряйте, який еталон було використано — морська вода та вода за 20 °C зміщують результат на кілька десятих відсотка.
Як відносну густину вимірюють експериментально?
Класичний метод — ареометр, який занурюється глибше в легких рідинах і вище в щільних; він проградуйований безпосередньо в одиницях відносної густини та використовується у пивоварінні, виноробстві й перевірці акумуляторів. Для твердого тіла неправильної форми зважте його, потім визначте об'єм витісненням води в мірному циліндрі та поділіть масу на об'єм. Пікнометр (посудина для визначення густини) дає точні густини рідин, порівнюючи вагу заповненого й порожнього посуду. Цей калькулятор — швидкий спосіб перетворити будь-які з таких вимірювань у відносну густину або між системами одиниць.
Чи змінює температура відносну густину?
Так, двома способами: густина речовини та густина еталона обидві змінюються з температурою. Більшість рідин під час нагрівання розширюються, тому їхня відносна густина трохи зменшується — сама вода змінюється з рівно 1000 kg/m³ за 4 °C до приблизно 998,2 kg/m³ за 20 °C. Для повсякденної роботи різницею можна знехтувати, але в лабораторіях і під час комерційного обліку показ без температури не має сенсу. Ареометри градуюють для конкретної температури (часто 20 °C), існують таблиці поправок для показів, знятих за інших температур.
Чи можна використовувати цей калькулятор для пивоваріння, густини API чи шкал Боме?
Так, як відправну точку. Рецепти пива й вина використовують покази відносної густини ареометра (зазвичай 1,000 для води, 1,040–1,100 для сусла або мусту); зменшення відносної густини під час бродіння дає змогу оцінити вміст алкоголю. У нафтопереробній промисловості густина API виводиться з відносної густини за 60 °F за формулою \(API = \frac{141.5}{SG} - 131.5\), де важчі нафти дають менші (навіть від'ємні) значення. Цей калькулятор дає «чисту» відносну густину, яку потім можна підставити в ці перетворення.
Які є типові помилки під час обчислення відносної густини?
Найпоширеніші помилки — використання різних одиниць для речовини та еталона (завжди спочатку переведіть обидві в одну й ту саму одиницю, наприклад kg/m³) і забування про те, що гази потрібно порівнювати з повітрям, а не з водою — значення 0,0012 для повітря відносно води плутає міркування про плавучість. Також стежте, щоб маса та об'єм були виміряні за однакової температури та для одного зразка, і пам'ятайте, що розчинені речовини, бульбашки або пористі матеріали роблять ефективну густину відмінною від табличних значень для чистої речовини.