לכל המינרלים (והאבנים הם מינרלים) שני מאפיינים חשובים - מסה וצפיפות. יתרה מכך, צפיפות האבן חשובה במובן הפרקטי בלבד - לחישוב הרזרבה של מרבץ מינרלים.
מהי התכונה הזו?
לכל חומר, צפיפות מובנת כמסה חלקי יחידת נפח. מכיוון שלבנים (כלומר, מינרלים) יש הרכב הטרוגני וכוללים אלמנטים של מסות אטומיות שונות, המאפיין הפיזי של צפיפותם יכול להשתנות באופן משמעותי. כמו כן, צפיפות האבנים תלויה לא רק בחומרת היסודות המרכיבים אותן, אלא גם באיזו הדוק "ארוזים" חלקיקים אלמנטריים במבנה הפנימי שלהם.
מינרולוגיה עוסקת בחקר צפיפות המינרלים. הצפיפות של אבן מחושבת על ידי חלוקת המסה של מינרל מדגם ליחידת נפח במסת המים באותו נפח בטמפרטורה של 4 ⁰С. לדוגמה, משקל המדגם הוא 200 גרם. מים באותו נפח של 40 גרם. במקרה זה, הצפיפות של אבן זו תהיה שווה ל-5.
צפיפות האבנים נמדדת בקילוגרמים למטר מעוקב אוגרם לסנטימטר מעוקב.
איך למצוא את הצפיפות של אבן?
איך נקבעת הצפיפות של אבן? ההליך די פשוט - אנו שוקלים את הדגימה תחילה באוויר, ולאחר מכן במים. על פי חוק ארכימדס, ההבדל שנוצר תואם למסת המים שהדגימה עוקרת. הצפיפות מחושבת על ידי חלוקת מסת המדגם באוויר בהפרש זה.
בהתאם לצפיפות, מינרלים יכולים להיות קלים, בינוניים, כבדים וכבדים מאוד. לדוגמה, הצפיפות של אבן גרניט היא 2,600 ק"ג/מ"ר. לעיון: צפיפות הריאות אינה עולה על 2.5 גרם / ס"מ³, בינונית - נעה בין 2.5 ל-4 גרם / ס"מ³, כבדה - בין 4 ל-8 גרם / ס"מ³. מינרלים עם צפיפות מעל 8 גרם/ס"מ³ הם אבנים כבדות מאוד.
צפיפות אבני חן
בנוסף לצפיפות ומאפיין נוסף - לקשיות, למינרלים אבני חן או אבנים יקרות יש גם מרכיב חשוב כמו מסה, הנמדדת בגרמים או קראט (לפנינים - בגרגרים).
כדי להבין את היחס בין היחידות הללו, זכרו: 1 קראט מתאים ל-200 מיליגרם, בגרגר אחד יש 50 מיליגרם, כלומר, 1 קראט שווה לארבעה גרגרים. דיוק מדידת החן הוא עד שני מקומות עשרוניים.
בוא נלך למעבדה
איך למדוד את צפיפות המחפר. אבנים במעבדה? השיטה ההידרוסטטית מתאימה ביותר לכך. העיקרון שלו הוצע על ידי המדען היווני ארכימדס לפני מאות שנים. מהות העיקרון המוכר מהקורס בפיזיקה בבית הספר היא כדלקמן: גוף שקוע בנוזלנדחק החוצה ממנו בכוח השווה למשקל הנוזל שנעקר על ידי גוף זה.
לנסח את זה בפשטות, אם תולים אבן ומורידים אותה למים, אזי משקלה יקטן בהשוואה למקורי באותה מידה שנפח המים שנעקר על ידה שוקל. ברור שנפח זה יהיה שווה לנפח של האבן עצמה.
לפיכך, על ידי שקלול רציף של האבנים באוויר, ולאחר מכן במים, נוכל לקבל את כל הנתונים הדרושים לנו לחישוב.
הכל - לטבע
עכשיו בואו נפנה לחומרי אבן טבעית. כידוע, ישנם מספר סוגים. מנקודת מבט מעשית, כל גזע מסווג בדרך כלל לאחת משתי קבוצות - חזק או בעל חוזק נמוך.
לחומרים מהקבוצה הראשונה יש אינדקס קשיות גבוה, ולרוב, המבנה הוא בעל גרעין בינוני או גס. במצב שנקרא ללא מזג אוויר, יש להם מעט ספיגת מים. בגזעים אחרים (בעלי חוזק נמוך), כפי שהשם מרמז, החוזק נמוך בהרבה. יש להם גם רמה הרבה יותר גבוהה של ספיגת מים.
לפעמים, כאשר מזהים סוגי סלע, נדרש לקבוע את קשיותו. בשטח הכי נוח לעשות זאת בעזרת מה שנקרא. סולם Mohs יחסי ואמצעים מאולתרים נוספים. אמצעים מאולתרים כאלה יכולים להיות חרט, מטבע, חתיכת זכוכית, קובץ, מחט פלדה או סכין, חותך זכוכית רגיל או יהלום. הצפיפות הממוצעת של אבן חשובה גם בקביעת הסלע שלה. על ידי קביעת ערך זה, ניתן לזהותלהתרבות על ידי התייחסות לטבלאות מיוחדות.
חשב את הצפיפות של אבנים טבעיות
איך לחשב את הצפיפות הממוצעת של אבן לדוגמה? הציוד הדרוש לכך הוא קנה מידה עם סט משקולות וכישורים למדידת נפח של מדגם בעל צורה לא סדירה.
הדרך הקלה ביותר לעשות זאת היא עם צילינדר מדורג בנפח של כחצי ליטר. לתוך גליל כזה יוצקים 200-300 מ ל מים ומניחים חתיכה מחומר האבן הנלמד.
הנפח הכולל של דגימות שהונחו במים מזוהה לפי כמות המים שנעקרה על ידיהן. לאחר מכן, על ידי חלוקת המסה שלהם בנפח המחושב, מתקבלת הצפיפות הממוצעת של החומר.
מה חשוב לקחת בחשבון?
יש לציין ששיטה זו מתאימה רק לסלעים צפופים עם ספיגת מים נמוכה (לא יותר מ-2%). אם מאפיין זה גבוה יותר (עד 5%), יש להכניס תחילה דגימה יבשה, לאחר שנשקללה בעבר, במדיום מימי לרוויה. אז הצפיפות הממוצעת נקבעת בשיטה לעיל. הרוויה נחשבת מלאה אם המשקל מפסיק לגדול במהלך ספיגת המים.
אבנים נקבוביות (לרוב אבני גיר או טוף) בעלות חוזק נמוך. הם קלים לעיבוד - גזרו דוגמה מהצורה הרצויה (למשל, קובייה) עם מסור רגיל וחשבו את נפחו על ידי מדידת הקצוות.
DIY
בהיעדר נפח מספיק של גליל מדידה בשטח, ניתן לקבוע את כמות המים העקורים על ידי הפעולות הבאותדֶרֶך. בכל כלי מתכת גלילי, ממש מתחת לחלק העליון, מחוררים חור בקיר עם מסמר רגיל, ואז מוחדר לתוכו צינור, שניתן לעשות גם באופן עצמאי על ידי גלגול כל סרט. קבע אותו בדופן הגליל עם פלסטלינה או כל חומר דומה.
לכן, אתה מקבל מד נפח נסיעה. אם משתמשים ביחידה זו ללא הרף, הגיוני להלחים צינור פלדה או פליז.
אבנים מעשה ידי אדם
כל מה שנכתב למעלה התייחס לאבנים טבעיות. ועכשיו הגיע הזמן לדבר על מלאכותיים. הם יכולים להיות קיר, כביש וצד. זה צריך לכלול גם רעפי בטון ולוחות ריצוף, כמו גם כל מיני אזורים עיוורים, מדרגות מדרגות ואלמנטים בארובה.
בייצור של כמעט כל האבנים הרשומות הן ברוסיה והן בחו ל, נעשה שימוש בתקנים טכניים מחמירים. הם מסדירים את כל המאפיינים העיקריים - איכות חומרי הגלם, גודל וצורת החתך, אינדיקטורים פיזיים ומכאניים (כולל צפיפות אבני בטון).
דרישות אלו תלויות בתנאי ההפעלה הצפויים ובחומר הזמין.
מה יכולות להיות אבנים מלאכותיות?
הבטון שממנו עשויות האבנים יכול להיות כבד או קל. אבנים מלאכותיות העשויות ממנו עשויות מוצקות או חלולות. המאפיין הנורמטיבי של צפיפות הצבר הממוצעת לאבנים חלולות לא יעלה על 1,650 ק"ג/מ"ר, עבורגוף מלא - 2,200 ק"ג/מ"ר.
אבני קיר במונחים של צפיפות בינונית (ובנוסף, מוליכות תרמית) נחשבות יעילות (צפיפות של עד 1,400 ק"ג/מ"ר), יעילות מותנית (1,400-1,650 ק"ג/מ"ר) וכבדות (מעל 1,650 ק"ג/מ"ר). רובם מיוצרים כעת מבטון קל בעל צפיפות נמוכה (עד 1,800 ק"ג/מ"ר).
בטון כבד (כולל חול) בעל שחיקה גבוהה וספיגת מים נמוכה משמש בייצור אבני צד או כביש, וכן לוחות ריצוף, שכן תנאי ההפעלה שלהם חמורים יותר מאלו של קירות.
אבנים מלאכותיות נבדלות גם בצבר, שיכול להיות חול קוורץ (נחשב לצבירה עדינה) או סלעים חזקים (אגרגט גדול). לדוגמה, הצפיפות של אבן כתוש מאבן טבעית יכולה להיות שונה בהתאם לשבר - מידת השחזה. גם להרכב האגרגט יש השפעה משמעותית על צפיפות האבן המלאכותית.
