Wszystkie minerały (a kamienie są minerałami) mają dwie ważne cechy - masę i gęstość. Ponadto gęstość kamienia jest ważna w sensie czysto praktycznym - do obliczenia rezerwy złoża mineralnego.
Co to za funkcja?
Dla każdej substancji gęstość jest rozumiana jako masa podzielona przez jednostkę objętości. Ponieważ kamienie (czyli minerały) mają niejednorodny skład i zawierają pierwiastki o różnych masach atomowych, fizyczna charakterystyka ich gęstości może się znacznie różnić. Również gęstość kamieni zależy nie tylko od surowości pierwiastków, z których się składają, ale także od tego, jak ciasno cząstki elementarne są „upakowane” w ich wewnętrznej strukturze.
Mineralogia zajmuje się badaniem gęstości minerałów. Gęstość kamienia oblicza się, dzieląc masę próbki minerału na jednostkę objętości przez masę wody o tej samej objętości w temperaturze 4 ⁰С. Na przykład waga próbki wynosi 200 gramów. Woda w tej samej objętości 40 gramów. W takim przypadku gęstość tego kamienia będzie równa 5.
Gęstość kamieni jest mierzona w kilogramach na metr sześcienny lubgramów na centymetr sześcienny.
Jak obliczyć gęstość kamienia?
Jak określa się gęstość kamienia? Procedura jest dość prosta – próbkę ważymy najpierw w powietrzu, potem w wodzie. Zgodnie z prawem Archimedesa uzyskana różnica odpowiada masie wody, którą wypiera próbka. Gęstość oblicza się dzieląc masę próbki w powietrzu przez tę różnicę.
W zależności od gęstości minerały mogą być lekkie, średnie, ciężkie i bardzo ciężkie. Na przykład gęstość kamienia granitowego wynosi 2600 kg/m³. Dla porównania: gęstość płuc nie przekracza 2,5 g/cm³, średnia – waha się od 2,5 do 4 g/cm³, ciężka – od 4 do 8 g/cm³. Minerały o gęstości powyżej 8 g/cm³ to bardzo ciężkie kamienie.
Gęstość klejnotów
Oprócz gęstości i innej cechy - twardości, minerały szlachetne czy kamienie szlachetne mają również tak ważny składnik jak masa, mierzona w gramach lub karatach (w przypadku pereł - w ziarnach).
Aby zrozumieć stosunek tych jednostek, pamiętaj: 1 karat odpowiada 200 miligramom, na jedno ziarno 50 miligramów, czyli 1 karat odpowiada czterem ziarnom. Dokładność pomiaru klejnotów wynosi do dwóch miejsc po przecinku.
Chodźmy do laboratorium
Jak zmierzyć gęstość pogłębiarki. kamienie w laboratorium? Najlepiej nadaje się do tego metoda hydrostatyczna. Jego zasada została zaproponowana przez greckiego naukowca Archimedesa wiele wieków temu. Istota zasady znanej ze szkolnego kursu fizyki jest następująca: ciało zanurzone w cieczyjest z niego wypychany siłą równą ciężarowi cieczy wypartej przez to ciało.
Mówiąc prościej, jeśli zawiesisz kamień i opuścisz go do wody, to jego waga zmniejszy się w porównaniu do oryginalnego o tyle, ile waży wyparta przez niego woda. Oczywiste jest, że ta objętość będzie równa objętości własnego kamienia.
W ten sposób, sekwencyjnie ważąc kamienie w powietrzu, a następnie w wodzie, możemy uzyskać wszystkie dane potrzebne do obliczeń.
Wszystko - do natury
Teraz przejdźmy do materiałów z kamienia naturalnego. Jak wiesz, istnieje kilka rodzajów. Z praktycznego punktu widzenia każda rasa jest zwykle przypisywana do jednej z dwóch grup - silnej lub niskiej.
Materiały z pierwszej grupy mają wysoki wskaźnik twardości i najczęściej mają strukturę średnio lub gruboziarnistą. W tak zwanym stanie nie zwietrzałym mają niewielką nasiąkliwość. W innych rasach (o niskiej sile), jak sama nazwa wskazuje, siła jest znacznie mniejsza. Charakteryzują się również znacznie wyższym stopniem wchłaniania wody.
Czasami przy rozpoznawaniu rodzajów skał konieczne jest określenie ich twardości. W terenie najwygodniej zrobić to za pomocą tzw. względna skala Mohsa i dodatkowe improwizowane środki. Takimi improwizowanymi środkami może być rysik, moneta, kawałek szkła, pilnik, stalowa igła lub nóż, zwykły lub diamentowy nóż do szkła. Średnia gęstość kamienia jest również ważna przy określaniu jego skały. Określając tę wartość, można zidentyfikowaćrozmnażaj, odwołując się do specjalnych tabel.
Oblicz gęstość kamieni naturalnych
Jak obliczyć średnią gęstość próbki kamienia? Potrzebny do tego sprzęt to waga z kompletem odważników i umiejętnością pomiaru objętości próbki o nieregularnym kształcie.
Najłatwiej to zrobić za pomocą wyskalowanego cylindra o pojemności około pół litra. Do takiego cylindra wlewa się 200-300 ml wody i umieszcza się kawałek badanego materiału kamiennego.
Całkowita objętość próbek umieszczonych w wodzie jest rozpoznawana na podstawie ilości wypartej przez nie wody. Następnie dzieląc ich masę przez obliczoną objętość otrzymujemy średnią gęstość materiału.
Co jest ważne do rozważenia?
Należy zauważyć, że ta metoda jest odpowiednia tylko dla gęstych skał o niskiej nasiąkliwości (nie więcej niż 2%). Jeśli ta charakterystyka jest wyższa (do 5%), suchą próbkę, uprzednio zważoną, należy najpierw umieścić w środowisku wodnym w celu nasycenia. Następnie średnią gęstość określa się powyższą metodą. Nasycenie uważa się za zakończone, jeśli waga przestaje rosnąć podczas wchłaniania wody.
Porowate kamienie (najczęściej wapienia lub tufy) mają niską wytrzymałość. Są łatwe w obróbce - wytnij próbkę o pożądanym kształcie (na przykład sześcian) zwykłą piłą do metalu i oblicz jej objętość, mierząc krawędzie.
Zrób to sam
W przypadku braku wystarczającej objętości cylindra pomiarowego na polu, ilość wypartej wody można określić za pomocą następującegosposób. W dowolnym cylindrycznym naczyniu metalowym, tuż pod blatem, zwykłym gwoździem wybija się otwór w ścianie, a następnie wkłada się tam rurkę, którą można również wykonać samodzielnie, zwijając dowolną folię. Zamocuj go w ścianie cylindra za pomocą plasteliny lub innego podobnego materiału.
W ten sposób otrzymujesz miernik objętości podróży. Jeśli to urządzenie jest używane w sposób ciągły, warto przylutować stalową lub mosiężną rurkę.
Kamienie wykonane przez człowieka
Wszystko napisane powyżej odnosiło się do kamieni naturalnych. A teraz pora porozmawiać o sztucznych. Mogą być ścienne, drogowe i boczne. Powinno to obejmować również dachówki betonowe i płyty chodnikowe, a także wszelkiego rodzaju ślepe obszary, stopnie schodów i elementy kominowe.
W produkcji prawie wszystkich wymienionych kamieni, zarówno w Rosji, jak i za granicą, stosuje się surowe normy techniczne. Regulują wszystkie główne cechy - jakość surowców, wielkość i kształt przekroju, wskaźniki fizyczne i mechaniczne (w tym gęstość kamieni betonowych).
Te wymagania zależą od oczekiwanych warunków pracy i dostępnego materiału.
Czym mogą być sztuczne kamienie?
Beton, z którego wykonane są kamienie, może być ciężki lub lekki. Sztuczne kamienie z niego wykonane są lite lub puste. Charakterystyka normatywna średniej gęstości nasypowej dla pustaków nie powinna przekraczać 1650 kg / m³, dlapełne - 2200 kg/m³.
Kamienie ścienne pod względem średniej gęstości (i dodatkowo przewodności cieplnej) są uważane za efektywne (gęstość do 1400 kg/m³), warunkowo efektywne (1400-1650 kg/m³) i ciężkie (powyżej 1650 kg/m³). Większość z nich jest obecnie produkowana z betonu lekkiego o niskiej gęstości (do 1800 kg/m³).
Beton ciężki (w tym piasek) o dużej ścieralności i niskiej nasiąkliwości jest używany do produkcji kamieni bocznych lub drogowych, a także płyt chodnikowych, ponieważ ich warunki eksploatacji są trudniejsze niż te przyściennych.
Sztuczne kamienie różnią się również kruszywem, którym może być piasek kwarcowy (uważany za drobne kruszywo) lub mocne skały (duże kruszywo). Na przykład gęstość pokruszonego kamienia z kamienia naturalnego może być różna w zależności od frakcji - stopnia rozdrobnienia. Skład kruszywa ma również istotny wpływ na gęstość sztucznego kamienia.
