Bir neçə bərk cisim, maye və qaz üçün sıxlıq və elastiklik modulu düsturları
Fizika təbiətin xüsusiyyətlərini və hadisələrini fundamental şəkildə öyrənən bir elmdir. Maddənin xüsusiyyətlərini anlamaqda əsas rol oynayan fizikada iki vacib anlayış sıxlıq və elastiklik moduludur. Bu məqalədə üç fazalı maddə - bərk, maye və qaz halında - bu iki anlayışın tərifləri, düsturları və tətbiq nümunələri müzakirə olunacaq.
Sıxlıq
Sıxlıq, vahid həcmə düşən maddənin kütləsini ifadə edən kəmiyyətdir. Sıxlıq, maddənin sıxlığı haqqında məlumat verə bilər və elm və sənayenin müxtəlif sahələrində tez-tez istifadə olunur.
1. Sıxlığın tərifi və düsturu
Sıxlıq (\( \rho \)) maddənin kütləsi (\( m \)) ilə həcmi (\( V \)) arasındakı nisbət kimi təyin edilə bilər. Riyazi düstur belədir:
\[
\rho = \frac{m}{V}
\]
Harada:
– \( \rho \) sıxlıqdır,
– \( m \) kütlədir,
– \( V \) həcmdir.
2. Bərk Cismlərin Sıxlığı
Bərk maddələrin sıxlığı adətən maye və qazların sıxlığından daha yüksəkdir, çünki onların tərkib hissəcikləri daha sıx şəkildə yığılmışdır. Bəzi bərk maddələrin sıxlığına nümunələr:
– Alüminium: \( 2.7 \, \text{g/cm}^3 \)
– Dəmir: \( 7.87 \, \text{g/cm}^3 \)
– Qızıl: \( 19.32 \, \text{g/cm}^3 \)
3. Mayenin sıxlığı
Mayelərin sıxlığı adətən bərk maddələrin sıxlığından aşağı, lakin qazların sıxlığından yüksəkdir. Bəzi mayelərin sıxlığına nümunələr:
– Su: \( 1 \, \text{q/sm}^3 \)
– Spirt: \( 0.789 \, \text{g/cm}^3 \)
– Civə: \( 13.6 \, \text{g/cm}^3 \)
4. Qaz sıxlığı
Qazın sıxlığı təzyiq və temperaturdan çox asılıdır. Qazların sıxlığı bərk və maye maddələrin sıxlığından xeyli aşağıdır. Bəzi qazların sıxlığına nümunələr:
– Hava: \( 0.001225 \, \text{g/cm}^3 \)
– Hidrogen: \( 0.00008988 \, \text{q/sm}^3 \)
– Karbon qazı: \( 0.001977 \, \text{g/cm}^3 \)
Elastiklik Modulu
Elastiklik modulu, bir materialın qüvvəyə məruz qaldıqda sərtliyinin və ya elastik deformasiyaya qarşı müqavimətinin ölçüsüdür. Bir neçə növ elastiklik modulu mövcuddur, lakin ən çox yayılmışları Yanq modulu, kəsmə modulu və həcm moduludur.
1. Yanq modulu
Yanq modulu (\( E \)) materialın dartıldıqda və ya sıxıldıqda sərtliyinin ölçüsüdür. Yanq modulu materialın elastiklik həddində gərginliyin (\( \sigma \)) deformasiyaya (\( \varepsilon \)) nisbəti kimi təyin edilə bilər:
\[
E = \frac{\sigma}{\varepsilon}
\]
Harada:
– \( E \) Yanq moduludur,
– \( \sigma \) gərginlikdir (vahid sahəyə düşən qüvvə),
– \( \varepsilon \) gərginlikdir (ilkin uzunluğa nisbətən uzunluğun dəyişməsi).
Bəzi materialların Yanq moduluna nümunələr:
– Polad: \( 200 \, \text{GPa} \)
– Alüminium: \( 69 \, \text{GPa} \)
– Rezin: \( 0.01 \, \text{GPa} \)
2. Kəsmə Modulu
Kəsici modul (\( G \)) kəsici qüvvəyə məruz qaldıqda materialın sərtliyinin ölçüsüdür. Kəsici modul kəsici gərginliyin (\( \tau \)) kəsici deformasiyaya (\( \qamma \)) nisbəti kimi təyin edilə bilər:
\[
G = \frac{\tau}{\gamma}
\]
Harada:
– \( G \) kəsmə moduludur,
– \( \tau \) kəsmə gərginliyidir,
– \( \qamma \) kəsmə deformasiyasıdır.
Bəzi materialların kəsmə modullarına nümunələr:
– Polad: \( 80 \, \text{GPa} \)
– Alüminium: \( 25 \, \text{GPa} \)
– Rezin: \( 0.0006 \, \text{GPa} \)
3. Toplu Modul
Həcm modulu (\( K \)), bütün istiqamətlərdən vahid sıxıcı qüvvəyə (izotrop sıxılma) məruz qaldıqda materialın sərtliyinin ölçüsüdür. Həcm modulu təzyiqin (\( P \)) həcmdəki nisbi dəyişikliyə (\( \Delta V / V \)) nisbəti kimi təyin edilə bilər:
\[
K = – \frac{P}{\Delta V / V}
\]
Harada:
– \( K \) həcm moduludur,
– \( P \) təzyiqdir,
– \( \Delta V \) həcmdəki dəyişiklikdir,
– \( V \) ilkin həcmdir.
Bəzi materialların həcm moduluna nümunələr:
– Polad: \( 160 \, \text{GPa} \)
– Su: \( 2.2 \, \text{GPa} \)
– Şüşə: \( 35 \, \text{GPa} \)
Gündəlik Həyatda Tətbiqlər
1. Sıxlıq
Sıxlıq müxtəlif tətbiqlərdə, məsələn, bir cismin suda batıb-batmayacağını və ya üzüb-üzə biləcəyini müəyyən etməkdə istifadə olunur. Məsələn, qayıqlar üzmələri üçün sudan daha aşağı sıxlığa malik materiallardan hazırlanır. Sıxlıq tikinti materialları sənayesində materialların keyfiyyətini və möhkəmliyini müəyyən etmək üçün də vacibdir.
2. Elastiklik Modulu
Elastiklik modulu mühəndislik və dizaynda müxtəlif tətbiqlər üçün uyğun materialları müəyyən etmək üçün istifadə olunur. Məsələn, polad tez-tez tikinti və körpü tikintisində istifadə olunur, çünki o, yüksək Yanq moduluna malikdir, yəni əhəmiyyətli deformasiya olmadan böyük yüklərə davam gətirə bilir. Rezin təkər istehsalında istifadə olunur, çünki o, aşağı Yanq moduluna malikdir və bu da zərbələri udmağa və rahat gəzinti təmin etməyə imkan verir.
Nəticə
Sıxlıq və elastiklik modulu anlayışlarını anlamaq elm və sənayenin müxtəlif sahələrində vacibdir. Sıxlıq bizə maddənin sıxlığını və kütlə paylanmasını anlamağa kömək edir, elastiklik modulu isə materialın sərtliyi və deformasiyaya qarşı müqavimət qabiliyyəti haqqında məlumat verir. Bu iki anlayışın düsturlarını və tətbiqlərini anlamaqla maddənin xüsusiyyətlərini daha yaxşı başa düşə və onları gündəlik həyatda tətbiq edə bilərik.
