Всі мінерали (а камені відносяться саме до мінералів) володіють двома важливими характеристиками - масою і щільністю. Причому щільність каменю важлива в чисто практичному сенсі - щоб підрахувати запас мінерального родовища.
Що це за характеристика?
Для будь-якої речовини під щільністю розуміється маса, поділена на одиницю обсягу. Оскільки камені (тобто мінерали) мають неоднорідний склад і включають в себе елементи різної атомарної маси, фізична характеристика їх щільності може значно різнитися. Також щільність каменів залежить не тільки від тяжкості елементів, їх складових, але і від того, наскільки щільно "" упаковані "" в їх внутрішній структурі 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 обсягу при температурі 4 С. Наприклад, вага зразка 200 грам. Води в тому ж обсязі 40 грам. У цьому випадку щільність цього каменю дорівнюватиме 5.
Вимірюється щільність каменів у кілограмах на метр кубічний або грамах на сантиметр кубічний.
Як знайти щільність каменю?
Яким чином визначено щільність каменю? Процедура досить проста - зважуємо зразок спочатку в повітряному середовищі, потім у водному. Згідно із законом 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/м. Для довідки: щільність легенів не перевищує 2,5 г/см, середніх - коливається в межах від 2,5 до 4 г/см - від 4 до 8 г/см. Мінерали щільністю вище 8 г/см порожні до дуже важких каменів.
Щільність дорогоцінного каміння
Крім щільності та іншої характеристики - твердості, мінерали-самоцвіти або дорогоцінне каміння мають і таку важливу складову, як масу, вимірювану в грамах або каратах (у перлів - у гранах).
Щоб зрозуміти співвідношення даних одиниць, запам 'ятайте: 1 карат відповідає 200 міліграмам, в одній грані 50 міліграм, тобто 1 карат дорівнює чотирьом гранам. Точність вимірювання самоцвітів - до двох десяткових знаків.
Пройдіть до лабораторії
Як виміряти щільність драг. каміння в лабораторних умовах? Найкраще підходить для цього гідростатичний метод. Його принцип був запропонований грецьким вченим Архімедом багато століть тому. Суть принципу, відомого зі шкільного курсу фізики, така: занурене в рідину тіло виштовхується з неї силою, яка дорівнює вазі витісненої даним тілом рідини.
Кажучи простіше, якщо підвісити камінь і опустити у воду, то вага його зменшиться порівняно з первинним на стільки, скільки важить об 'єм води, витісненої ім. зрозуміло, що цей об' єм дорівнюватиме власному обсягу каменю.
Таким чином шляхом послідовного зважування каменів у повітрі, а потім у воді ми зможемо отримати всі потрібні нам для розрахунку дані.
Всі - 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 - міцних або малопрочних.
Матеріали першої групи мають високий показник твердості і, найчастіше, будова середньозерниста. У так званому невивітреному стані вони мають невелике водопоглинання. У інших (малопрочних) порід, як ясно з назви, міцність значно нижча. Вони ж мають набагато вищий ступінь 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. Як такі підручні засоби можуть виступати грифель, монета, шматок скла, напильник, сталева голка або ніж, звичайний або алмазний склорез. Середня щільність каменю також важлива при визначенні його породи. Визначивши цю величину, можна ідентифікувати породу, звернувшись до спеціальних таблиць.
Розраховуємо щільність природних каменів
Як же обчислити середню щільність каменю-зразка? Обладнання, необхідне для цього, - ваги з набором різноваг і навички вимірювання об 'єму зразка, що має неправильну форму.
Найлегше це зробити, маючи в своєму розпорядженні мірний градуйований циліндр об 'ємом близько півлітра. У такий циліндр наливають 200-300 мл води і поміщають шматочок досліджуваного кам 'яного матеріалу.
Сумарний обсяг поміщених у воду зразків дізнаються за кількістю води, витісненої ними. Потім поділом 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 вища (до 5%), сухий зразок, попередньо зваживши, спочатку необхідно помістити у водне середовище для насичення. Потім визначається середня щільність вищевказаним методом. Насичення вважається повним, якщо при водопоглинанні вага припиняє приростати.
Пористе каміння (найчастіше це вапняки або туфи) має малу міцність. Їх легко обробити - звичайною ножівкою по металу випиляти зразок потрібної форми (наприклад, кубик) і шляхом вимірювання граней підрахувати його об 'єм.
Зроби сам
За відсутності в польових умовах мірного циліндра достатнього обсягу визначити кількість витісненої води можна наступним чином. У будь-якій металевій судині циліндричної форми трохи нижче верху пробивається отвір у стінці звичайним цвяхом, потім туди вставляється трубочка, яку також можна виготовити самостійно, згорнувши будь-яку плівку. Закріплюють її в стінці циліндра пластиліном або будь-яким подібним матеріалом.
Таким чином, отримують похідний об 'ємер. Якщо цей агрегат використовується постійно, трубочку має сенс припаяти сталеву або латунну.
Каміння, зроблене руками людини
Все написане вище ставилося до природних каменів. А тепер пора 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, сходові сходи та елементи димоходів.
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 перерізу, фізико-механічні показники (у тому числі щільність бетонних каменів).
Залежать ці вимоги від передбачуваних умов експлуатації та наявного матеріалу.
Яким може бути штучне каміння?
Бетон, з якого виготовляють каміння, може бути важким або легким. Виконуване з нього штучне каміння, виготовляється повнотілими або пустотілими. Нормативна характеристика середньої об 'ємної щільності для пустотілих каменів не повинна перевищувати 1 650 кг/м, для повнотілих - 2 200 кг/м.
Стінові камені за рівнем середньої щільності (і, крім того, теплопровідності) вважаються ефективними (щільністю до 1 400 кг/м ), умовно-ефективними (1 400-1 650 кг/м ) і важкими (вище 1 650 кг/м ). Більшість з них зараз виробляють з легкого бетону невеликої щільності (до 1 800 кг/м).
Важкий бетон (у тому числі піщаний) з високою істираємістю і низьким водопоглинанням застосовується при виробництві бортових або дорожніх каменів, а також тротуарної плитки, оскільки умови їх експлуатації більш суворі, ніж у стінових.
Розрізняються штучні камені і по заповнювачеві, яким може виступати кварцевий пісок (вважається дрібним заповнювачем) або міцні породи (великий заповнювач). Наприклад, щільність щебеню з природного каменю може бути різною залежно від фракції - ступеня подрібнення. Склад заповнювача також чималим чином впливає на щільність штучного каменю.