Плотность, удельный вес и относительная плотность

Обзор

Плотность ($\rho$) — это масса на единицу объёма и является фундаментальным физическим свойством, используемым для характеристики веществ. При заданной температуре и давлении плотность постоянна для чистого вещества, что делает её полезной для идентификации и инженерных расчётов.

Удельная плотность (SG), также называемая относительной плотностью, представляет собой безразмерное отношение плотности вещества к плотности воды при эталонной температуре — обычно 4 °C, где вода достигает максимальной плотности 1000 кг/м³.

Удельный вес ($\gamma$) — это вес силы тяжести на единицу объёма, связывающий плотность с местным ускорением свободного падения.

Основные формулы

Density

$\rho = \frac{m}{V}$

Масса, делённая на объём. Единица СИ — кг/м³; имперская единица — слаг/фт³ (хотя lbm/фт³ широко используется на практике).

Удельная плотность

$SG = \frac{\rho_{\text{substance}}}{\rho_{\text{H}_2\text{O}}}$

Поскольку SG безразмерна, её значение одинаково в системах СИ и имперской. Для твёрдых тел и жидкостей эталоном является вода; для газов эталоном обычно является сухой воздух при НТУ (20 °C, 1 атм), где $\rho_{\text{air}} \approx 1.204\;\text{кг/м}^3$.

Удельный вес

$\gamma = \rho \cdot g$

где $g$ = 9.807 м/с² (СИ) или 32.174 фут/с² (имперская).

Удельный объём

Удельный объём — это величина, обратная плотности:

$\nu = \frac{1}{\rho}$

Единица СИ — м³/кг. В имперских инженерных единицах может быть выражена как фт³/слаг, когда плотность выражена в слаг/фт³.

Переменные

Перевод единиц

• 1 слаг = 32.174 фунт-масса = 14.594 кг
• 1 кг = 2.2046 фунт-масса = 6.852 × 10⁻² слаг
• Вода при 4 °C: 1000 кг/м³ = 1.940 слаг/фт³ = 62.4 фунт/фт³

Удельный вес распространённых веществ

Удельный вес распространённых материалов

Восстановленные оригинальные исходные таблицы

Следующие таблицы восстановлены из исходной страницы для сохранения полных справочных данных.

Удельные веса распространённых веществ

Удельный вес распространенных материалов

Инженерные заметки

• Масса vs. вес: Плотность использует массу (кг, слаги); удельный вес использует силу (Н, фунт-сила). Смешение фунт-массы (lbm) и фунт-силы (lbf) — распространенный источник ошибок в имперских вычислениях.
• Зависимость от температуры: Плотность изменяется с температурой. Вода является исключением при 4 °C, где она достигает максимальной плотности. Всегда указывайте контрольную температуру при указании удельного веса (SG) или плотности.
• Зависимость от давления: Для жидкостей и твердых тел эффект незначителен. Для газов плотность сильно зависит от давления — используйте уравнение состояния идеального газа ($\rho = p / (R\,T)$) или модели реального газа по мере необходимости.
• SG для жидкостей: Поскольку значение SG равно плотности в г/мл (или Мг/м³), это быстрый способ оценить плотность без перевода единиц.
• Композиты и сплавы: Табличные значения SG относятся к чистым материалам. Сплавы, полимеры и композиты варьируются в зависимости от состава и обработки.

Источники

• Engineering ToolBox — Плотность, удельный вес и удельная тяжесть