O densidade aparente de uma amostra é definido como o quociente entre sua massa e o volume inalterado, que inclui todos os espaços ou poros que contém. Se houver ar nesses espaços, a densidade aparente ρb, ou densidade aparente isso é:
ρb = Massa / Volume = Massa partículas + Massa ar /Volume partículas+ Volume ar
Ao calcular a densidade aparente de uma amostra de solo, esta deve ser previamente seca em estufa a 105 ºC até que a massa fique constante, indicando que todo o ar evaporou..
De acordo com esta definição, a densidade aparente dos solos ou densidade seca, é calculado desta forma:
ρs = Peso de elementos sólidos / Volume sólido + Volume poros
Denotando como Ms para peso seco ou massa e Vt = Vs + Vp como o volume total, a fórmula é:
ρs = Ms / Vt
Índice do artigo
As unidades de densidade aparente no Sistema Internacional de Unidades são kg / m3. No entanto, outras unidades, como g / cm3 e megagramas / metro cúbico: Mg / m3 também são amplamente usados.
O conceito de densidade aparente é muito útil quando se trata de materiais heterogêneos e porosos como os solos, pois é indicativo de sua capacidade de drenagem e aeração, entre outras qualidades..
Por exemplo, solos pouco porosos têm altas densidades aparentes, são compactos e tendem a inundar facilmente, ao contrário dos solos porosos..
Quando há água ou outro fluido nos poros da amostra, o volume após a secagem diminui, portanto, ao fazer os cálculos, é necessário saber a proporção original da água (ver exemplo resolvido).
A densidade aparente dos materiais em geral, incluindo o solo, é muito variável, visto que existem fatores como o grau de compactação, a presença de matéria orgânica, sua textura, estrutura, profundidade e outros, que afetam a forma e a forma. de espaços de poros.
Os solos são definidos como uma mistura heterogênea de substâncias inorgânicas, substâncias orgânicas, ar e água. Ao toque eles podem ser textura fino, médio ou grosso, enquanto as partículas componentes podem ser organizadas de várias maneiras, um parâmetro conhecido como estrutura.
Solos finos e bem estruturados com alto percentual de matéria orgânica tendem a ter baixos valores de densidade aparente. Ao contrário, solos espessos, com menos matéria orgânica e pouca estrutura, tendem a ter valores mais elevados..
De acordo com sua textura, a densidade aparente possui os seguintes valores:
| Textura | Densidade aparente (g / cm3) |
|---|---|
| Multar | 1,00 - 1,30 |
| Mediana | 1,30 - 1,50 |
| Bruto | 1,50 - 1,70 |
Esses valores servem como referência geral. Em solos turfosos, abundantes em resíduos vegetais, a densidade aparente pode ser tão baixa quanto 0,25 g / cm3, se for um solo mineral vulcânico fica em torno de 0,85 g / cm3, enquanto em solos muito compactados atinge 1,90 g / cm3.
O valor da densidade aparente também aumenta com a profundidade, uma vez que o solo geralmente é mais compactado e possui menor porcentagem de matéria orgânica..
O interior do terreno é composto por camadas ou estratos horizontais, chamados horizontes. Os horizontes têm diferentes texturas, composição e compactação. Portanto apresentam variação em termos de densidade aparente..
Um estudo de solo é baseado em seu perfil, que consiste em vários horizontes que ocorrem de forma vertical ordenada.
Uma vez que a variabilidade na densidade aparente é muito grande, muitas vezes tem que ser medida diretamente por vários procedimentos..
O método mais simples é extrair uma amostra do solo, inserindo nela uma broca com cilindro de metal espacial de volume conhecido e tomando cuidado para não compactar o solo. A amostra extraída é lacrada, para evitar perda de umidade ou alteração das características.
Em seguida, no laboratório a amostra é extraída, pesada e colocada em uma estufa a 105ºC para secar por 24 horas..
Embora seja a forma mais simples de se encontrar a densidade seca do solo, não é a mais recomendada para solos com texturas muito soltas ou cheios de pedras..
Para estes, o método de cavar um buraco e guardar a terra extraída é preferível, que será a amostra a secar. O volume da amostra é determinado despejando areia seca ou água no buraco cavado.
Em qualquer caso, a partir da amostra é possível determinar propriedades muito interessantes do solo para caracterizá-lo. O seguinte exercício resolvido descreve como fazê-lo.
Uma amostra de argila de 100 mm de comprimento é retirada do cilindro de amostra, cujo diâmetro interno também é de 100 mm. Quando pesada, obteve-se uma massa de 1531 g, que depois de seca foi reduzida para 1178 g. A gravidade específica das partículas é 2,75. É pedido para calcular:
a) A densidade aparente da amostra
b) Teor de umidade
c) O índice de vazios
d) Densidade seca
e) O grau de saturação
f) Conteúdo do ar
O volume sem alterar Vt é o volume original da amostra. Para um cilindro de diâmetro D e altura h, o volume é:
V cilindro = Vt = Área da base x altura = πDdois/ 4 = π x (100 x 10-3 m)dois x 100 x 10 -3 m / 4 = 0,000785 m3
A declaração afirma que a massa da amostra é Ms = 1531 g, portanto de acordo com a equação dada no início:
ρb = Ms / Vt = 1531 g / 0,000785 m3 = 1950 319 g / m3 = 1,95 Mg / m3
Uma vez que temos a massa original e a massa seca, a massa de água contida na amostra é a diferença entre as duas:
M Água = 1531 g - 1178 g = 353 g
A porcentagem de umidade na amostra é calculada da seguinte forma:
% Umidade = (Massa Água / Ms) x 100% = (353 g / 1178 g) = 29,97%
Para encontrar a razão de vazios, é necessário decompor o volume total da amostra Vt sobre:
V t = V partículas + Volume poros
O volume ocupado pelas partículas é obtido a partir da massa seca e do peso específico, dados obtidos no demonstrativo. A gravidade específica sg é o quociente entre a densidade do material e a densidade da água nas condições padrão, portanto, a densidade do material é:
ρ = sg x ρÁgua = 2,75 x 1 g / cm3 = 2,75 g / cm3
ρ = Ms / Vs → Vs = 1,178 g / 2,75 g / cm3 = 0,428 cm3 = 0,000428 m3
O volume de vazios na amostra é Vv = Vt - Vs = 0,000785 m3 - 0,000428 m3 = 0,000357 m3.
A proporção de vazios e isso é:
e = Vv / Vs = 0,000357 m3 / 0,000428 m3 = 0,83
A densidade seca da amostra é calculada conforme indicado na introdução:
ρs = Peso de elementos sólidos / Volume sólido + Volume poros= 1178 g / 0,000785 m3 = 1,5 Mg / m3
O grau de saturação é S = (VÁgua / Vv ) x 100%. Como sabemos a massa de água da amostra, calculada no item b) e sua densidade, o cálculo de seu volume é imediato:
ρÁgua = MÁgua / V Água → VÁgua = 353 g / 1 g / cm3 = 353 cm3 = 0,000353 m3
Por outro lado, o volume de vazios foi calculado no item c)
S = (0,000353 m3 / 0,000357 m3) x 100% = 98,9%
Finalmente, a porcentagem de conteúdo de ar é A = (Var / Vt) x 100%. O volume de ar corresponde a:
Vv - VÁgua = 0,000357 m3 - 0,000353 m3 = 0,000004 m3
A = (Var / Vt) x 100% = (0,000004 m3/ 0,000785 m3) x100% = 0,51%
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