Як визначити щільність каменю?

Всі мінерали (а камені відносяться саме до мінералів) володіють двома важливими характеристиками - вагою і щільністю. Причому щільність каменю важлива в суто практичному сенсі - щоб підрахувати запас мінерального родовища.

Що це за характеристика?

Для будь-якої речовини під щільністю розуміється маса, поділена на одиницю об`єму. Так як камені (тобто мінерали) мають неоднорідний склад і включають в себе елементи різної атомарної маси, фізична характеристика їх щільності може значно відрізнятися. Також щільність каменів залежить не тільки від тяжкості елементів, їх складових, а й від того, наскільки щільно "упаковані" в їх внутрішню структуру елементарні частинки.

Питаннями вивчення щільності мінералів займається мінералогія. щільність каменю розраховується шляхом ділення маси мінералу-зразка в одиниці об`єму на масу води того ж об`єму при температурі 4 С. Наприклад, вага зразка 200 грам. Води в тому ж обсязі 40 грам. В цьому випадку щільність даного каменю буде дорівнює 5.

Вимірюється щільність каменів в кілограмах на метр кубічний або грамах на сантиметр кубічний.

Як знайти щільність каменю?

Яким же чином визначається щільність каменю? Процедура досить проста - зважуємо зразок спочатку в повітряному середовищі, потім у водному. згідно закону Архімеда, отримана різниця відповідає масі води, яку витісняє зразок. Щільність обчислюємо діленням маси зразка в повітрі на дану різницю.

Залежно від щільності мінерали можуть бути легкими, середніми, важкими і дуже важкими. Наприклад, щільність гранітного каменю - 2 600 кг / м³-. Для довідки: щільність легких не перевищує 2,5 г / см³-, середніх - коливається в межах від 2,5 до 4 г / см³-, важких - від 4 до 8 г / см³-. Мінерали щільністю вище 8 г / см³- відносяться до дуже важким каменям.

Щільність дорогоцінних каменів

Крім щільності та іншої характеристики - твердості, мінерали-самоцвіти або дорогоцінні камені мають і таку важливу складову, як масу, вимірювану в грамах або каратах (у перлів - в гранах).

Щоб усвідомити співвідношення даних одиниць, запам`ятайте: 1 карат відповідає 200 мілілітрах, в одному межі 50 міліграм, тобто 1 карат дорівнює чотирьом гранам. Точність вимірювання самоцвітів - до двох десяткових знаків.

Пройдемо в лабораторію

Як виміряти щільність драг. каменів в лабораторних умовах? Найкраще підходить для цього гідростатичний метод. Його принцип був запропонований грецьким вченим Архімедом багато століть назад. Суть принципу, відомого з шкільного курсу фізики, така: занурене в рідину тіло виштовхується з неї силою, яка дорівнює вазі витісненої даними тілом рідини.

Говорячи простіше, якщо підвісити камінь і опустити в воду, то вага його зменшиться в порівнянні з початковим на стільки, скільки важить об`єм води, витісненої ним. Зрозуміло, що цей обсяг буде дорівнює власному обсягом каменю.

Таким чином шляхом послідовного зважування каменів в повітрі, а потім у воді ми зможемо отримати всі потрібні нам для розрахунку дані.

Все - на природу!

Звернемося тепер до природних кам`яних матеріалів. Їх, як відомо, існує кілька видів. З практичної точки зору будь-яку породу прийнято відносити до однієї з двох груп - міцним або не дуже міцної.

Матеріали першої групи мають високий показник твердості і, найчастіше, будова середньо- або крупнозернистое. У так званому невиветрених стані вони мають невелику водопоглинанням. У інших (маломіцних) порід, як зрозуміло з назви, міцність значно нижче. Вони ж мають набагато більш високим ступенем водопоглинання.

Іноді при розпізнаванні видів породи каменю потрібно визначити його твердість. У польових умовах найзручніше робити це за допомогою т. Зв. відносної шкали Мооса і додаткових підручних засобів. В якості таких підручних засобів можуть виступати грифель, монета, шматок скла, напилок, сталева голка або ніж, звичайний або алмазний склоріз. Середня щільність каменю також важлива при визначенні його породи. Визначивши цю величину, можна ідентифікувати породу, звернувшись до спеціальних таблицях.

Розраховуємо щільність природних каменів

Як же обчислити середню щільність каменю-зразка? Обладнання, необхідне для цього, - ваги з набором важків і навички вимірювання об`єму зразка, що має неправильну форму.

Найлегше це зробити, маючи в своєму розпорядженні мірним градуйованим циліндром обсягом близько півлітра. У такій циліндр наливають 200-300 мл води і поміщають шматочок досліджуваного кам`яного матеріалу.

Сумарний обсяг поміщених в воду зразків дізнаються за кількістю води, витісненої ними. Потім діленням їх маси на обчислений обсяг отримують середню щільність матеріалу.

Що важливо врахувати?

Слід зауважити, що даний метод годиться лише для щільних кам`яних порід з незначним водопоглинанням (не більше 2%). Якщо ця характеристика вище (до 5%), сухий зразок, попередньо зваживши, спочатку необхідно помістити в водне середовище для насичення. Потім визначається середня щільність вищевказаним методом. Насичення вважається повним, якщо при водопоглинанні вага припиняє приростати.

Пористі камені (найчастіше це вапняки або туфи) мають малу міцність. Їх легко обробити - звичайною ножівкою по металу випиляти зразок потрібної форми (наприклад, кубик) і шляхом вимірювання граней підрахувати його обсяг.

Зроби сам

При відсутності в польових умовах мірного циліндра достатнього обсягу визначити кількість витісненої води можна таким чином. У будь-якому металевому посуді циліндричної форми трохи нижче верху пробивається отвір в стінці звичайним цвяхом, потім туди вставляється трубочка, яку також можна виготовити самостійно, звернувши будь-яку плівку. Закріплюють її в стінці циліндра пластиліном або будь-яким подібним матеріалом.

Таким чином, отримують похідний об`ємомір. Якщо даний агрегат використовується постійно, трубочку має сенс припаяти сталеву або латунну.

Камені, зроблені руками людини

Все написане вище відносилося до природних каменів. А тепер настав час поговорити і про штучні. Вони можуть бути стіновими, дорожніми і бортовими. Сюди ж слід віднести бетонну покрівельну черепицю і тротуарну плитку, а також всілякі вимощення, сходи і елементи димоходів.

Відео: Як визначити щільність металу? простий спосіб

При виробництві практично всіх перерахованих каменів і в Росії, і за кордоном використовується суворі технічні стандарти. Вони регламентують всі основні характеристики - якість вихідних матеріалів, розміри і форму перетину, фізико-механічні показники (в тому числі щільність бетонних каменів).

Залежать ці вимоги від передбачуваних умов експлуатації та наявного матеріалу.

Якими можуть бути штучні камені?

Бетон, з якого виготовляють камені, може бути важким або легким. Що Їх з нього штучні камені, виготовляються повнотілі або пустотілими. Нормативна характеристика середньої об`ємної щільності для пустотілих каменів не повинна перевищувати 1 650 кг / м³-, для повнотілих - 2 200 кг / м³-.

Відео: Щільність речовини - Фізика в дослідах і експериментах

Стінові камені за рівнем середньої щільності (і, крім того, теплопровідності) вважаються ефективними (щільністю до 1 400 кг / м³-), умовно-ефективними (1 400-1 650 кг / м³-) і важкими (понад 1 650 кг / м³-). Більшість з них зараз роблять із легкого бетону невеликої щільності (до 1 800 кг / м³-).

Відео: Визначення щільності мінералів методом гідростатичного зважування

Важкий бетон (в тому числі піщаний) з високою стираністю і низьким водопоглинанням застосовується при виробництві бортових або дорожніх каменів, а також тротуарної плитки, так як умови їх експлуатації суворіші, ніж у стінових.

Розрізняються штучні камені і по заповнювача, яким може виступати кварцовий пісок (вважається дрібним заповнювачем) або міцні породи (великий заповнювач). наприклад, щільність щебеню з природного каменю може бути різною в залежності від фракції - ступеня подрібнення. Склад заповнювача також чималим чином впливає на щільність штучного каменю.