Àwọn Fọ́múlá Ìwọ̀n Dídín àti Rírọra fún Ọ̀pọ̀lọpọ̀ Àwọn Ohun Dídín, Omi, àti Gáàsì
Fisiksi ni iwadi ipilẹ ti awọn ohun-ini ati awọn iṣẹlẹ ti iseda. Awọn imọran pataki meji ninu fisiksi ti o ṣe ipa pataki ninu oye awọn ohun-ini ti ohun-ini ni iwuwo ati modulus ti rirọ. Nkan yii yoo jiroro awọn itumọ, awọn agbekalẹ, ati awọn apẹẹrẹ lilo ti awọn imọran meji wọnyi fun awọn ohun-ini oriṣiriṣi ni awọn ipele mẹta: lile, omi, ati gaasi.
Ìwọ̀n
Ìwọ̀n ìwúwo jẹ́ iye tí ó ń fi ìwọ̀n ohun kan hàn fún ìwọ̀n ìwúwo kan. Ìwọ̀n ìwúwo lè pèsè ìwífún nípa ìwọ̀n ohun kan, a sì sábà máa ń lò ó ní onírúurú ẹ̀ka ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì àti iṣẹ́.
1. Ìtumọ̀ àti Fọ́múlá Ìwọ̀n
A le ṣalaye iwuwo (\( \rho \)) gẹgẹbi ipin laarin ibi-iwọn (\( m \)) ati iwọn didun (\( V \)) ti nkan naa. Fọọmu iṣiro ni:
\[
\rho = \frac{m}{V}
\]
Mo ṣe é:
– \( \rho \) ni iwuwo,
– \( m \) ni ìwọ̀n náà,
– \( V \) ni iwọn didun naa.
2. Ìwọ̀n Àwọn Ohun Dídì
Ìwọ̀n àwọn ohun líle máa ń ga ju ti àwọn ohun olómi àti gáàsì lọ nítorí pé àwọn èròjà wọn máa ń kún fún ìṣọ̀kan. Àpẹẹrẹ àwọn ohun líle kan ni:
– Aluminiomu: \( 2.7 \, \text{g/cm}^3 \)
– Irin: \( 7.87 \, \text{g/cm}^3 \)
– Wúrà: \( 19.32 \, \text{g/cm}^3 \)
3. Ìwọ̀n Omi
Ìwọ̀n omi sábà máa ń kéré ju ti àwọn ohun líle lọ, ṣùgbọ́n ó ga ju ti àwọn gáàsì lọ. Àpẹẹrẹ ìwọ̀n omi kan ni:
– Omi: \( 1 \, \text{g/cm}^3 \)
– Ọtí: \( 0.789 \, \text{g/cm}^3 \)
– Mẹ́kúríìkì: \( 13.6 \, \text{g/cm}^3 \)
4. Ìwọ̀n Gáàsì
Ìwọ̀n gáàsì kan sinmi lórí ìfúnpá àti iwọ̀n otútù. Ìwọ̀n gáàsì kéré sí ti àwọn ohun líle àti omi. Àpẹẹrẹ ìwọ̀n gáàsì kan ni:
– Afẹ́fẹ́: \( 0.001225 \, \ọ̀rọ̀{g/cm}^3 \)
– Hídírójìn: \( 0.00008988 \, \text{g/cm}^3 \)
– Erogba oloro: \( 0.001977 \, \text{g/cm}^3 \)
Modulu ti Elasticity
Mọ́dùlù ìrọ̀rùn jẹ́ ìwọ̀n líle tàbí ìdènà ìyípadà ohun èlò kan nígbà tí a bá fi agbára lé e. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ irú mọ́ọ̀dùlù ìrọ̀rùn ló wà, ṣùgbọ́n èyí tí ó wọ́pọ̀ jùlọ ni mọ́ọ̀dùlù Young, mọ́ọ̀dùlù shear, àti mọ́ọ̀dùlù onípele.
1. Mọ́dúlùsì ọ̀dọ́
Mọ́dúlù Young (\( E \)) jẹ́ ìwọ̀n líle ohun èlò kan nígbà tí a bá nà án tàbí tí a fún mọ́ra. A lè túmọ̀ Mọ́dúlù Young sí ìpíndọ́gba wahala (\( \sigma \)) sí ìfúnpá (\( \varepsilon \)) ní ààlà rírọ̀ ti ohun èlò náà:
\[
E = \frac{\sigma}{\varepsilon}
\]
Mo ṣe é:
– \( E \) ni modulus Young,
– \( \sigma \) ni wahala (agbára fún agbègbè ẹyọ kan),
– \( \varepsilon \) ni irúgbìn (ìyípadà ní gígùn ní ìbámu pẹ̀lú gígùn àkọ́kọ́).
Àwọn àpẹẹrẹ ti àwọn ohun èlò tí Young lò ni:
– Irin: \( 200 \, \text{GPa} \)
– Aluminium: \( 69 \, \text{GPa} \)
– Rọ́bà: \( 0.01 \, \text{GPa} \)
2. Iṣẹ́ ìṣẹ́gun
Mọ́dúlù ìṣẹ́rí (\( G \)) jẹ́ ìwọ̀n líle ohun èlò kan nígbà tí a bá fi agbára ìṣẹ́rí sí i. A lè túmọ̀ Mọ́dúlù ìṣẹ́rí sí ìpíndọ́gba ìṣẹ́rí ìṣẹ́rí (\( \tau \)) sí ìṣẹ́rí ìṣẹ́rí (\( \gamma \)):
\[
G = \frac{\tau}{\gamma}
\]
Mo ṣe é:
– \( G \) ni modulus shear,
– \( \tau \) ni wahala gige,
– \( \gamma \) ni irú ìṣẹ́rí.
Awọn apẹẹrẹ ti shear modulu ti diẹ ninu awọn ohun elo ni:
– Irin: \( 80 \, \text{GPa} \)
– Aluminium: \( 25 \, \text{GPa} \)
– Rọ́bà: \( 0.0006 \, \text{GPa} \)
3. Modulusi Pupọ
Mọ́dúlùkì onípele (\( K \)) jẹ́ ìwọ̀n líle ohun èlò kan nígbà tí a bá fi agbára ìfúnpọ̀ kan náà hàn láti gbogbo ìtọ́sọ́nà (ìfúnpọ̀ isotropic). A lè túmọ̀ Mọ́dúlùkì onípele gẹ́gẹ́ bí ìpíndọ́gba ti ìfúnpọ̀ (\( P \)) sí ìyípadà ìbáramu nínú ìkúnwọ̀n (\( \Delta V / V \)):
\[
K = – \ frac{P}{\Delta V/V}
\]
Mo ṣe é:
– \( K \) ni modulus olopobobo,
– \( P \) jẹ́ ìfúnpá,
– \( \Delta V \) ni iyipada ninu iwọn didun,
– \(V \) ni iwọn didun akọkọ.
Àwọn àpẹẹrẹ ti modulus olopobobo ti diẹ ninu awọn ohun elo ni:
– Irin: \( 160 \, \text{GPa} \)
– Omi: \( 2.2 \, \text{GPa} \)
– Gíláàsì: \( 35 \, \ọ̀rọ̀{GPa} \)
Àwọn Ohun Èlò Nínú Ìgbésí Ayé Ojoojúmọ́
1. Ìwọ̀n
A lo iwuwo ni ọpọlọpọ awọn ohun elo, gẹgẹbi ṣiṣe ipinnu boya ohun kan yoo rì tabi leefofo ninu omi. Fun apẹẹrẹ, awọn ọkọ oju omi ni a fi awọn ohun elo ti o kere ju omi lọ ṣe lati jẹ ki wọn le fo. Iwọn iwuwo tun ṣe pataki ninu ile-iṣẹ ohun elo ile fun ṣiṣe ipinnu didara ati agbara awọn ohun elo.
2. Modulu ti Elasticity
A lo modulus ti rirọ ninu imọ-ẹrọ ati apẹrẹ lati pinnu awọn ohun elo ti o yẹ fun awọn ohun elo oriṣiriṣi. Fun apẹẹrẹ, irin ni a maa n lo ninu ikole ati ikole afárá nitori pe o ni modulus Young giga, ti o tumọ si pe o le koju awọn ẹru nla laisi iyipada pataki. A nlo roba ninu iṣelọpọ taya nitori pe o ni modulus Young kekere, eyiti o jẹ ki o gba awọn ipaya ati pese gigun itunu.
Ipari
Lílóye àwọn èrò nípa ìwọ̀n àti modulus ti ìrọ̀rùn ṣe pàtàkì ní onírúurú ẹ̀ka ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì àti ilé iṣẹ́. Ìrọ̀rùn ń ràn wá lọ́wọ́ láti lóye ìwọ̀n àti ìpínkiri ibi-ẹ̀rọ kan, nígbàtí modulus ti ìrọ̀rùn ń fún wa ní ìwífún nípa líle ohun èlò àti agbára láti kojú ìbàjẹ́. Nípa lílóye àwọn ìlànà àti ìlò àwọn èrò méjèèjì wọ̀nyí, a lè lóye àwọn ànímọ́ ohun èlò dáadáa kí a sì lò wọ́n nínú ìgbésí ayé ojoojúmọ́.
