Densiteten af en bjergart fortæller, hvor stor masse den har pr. rumfang. Du beregner den med ρ = m/V. I dette forsøg sammenligner du bjergartsprøver ved at måle deres masse og volumen og undersøge, om forskellene kan forklares af mineraler, porer eller måleusikkerhed.
I videoen forklarer jeg en metode til at undersøge densitet. Videoen henvender sig især til læreren som hjælp til planlægning. Nedenfor får du også en enkel metode med vandfortrængning, som eleverne kan bruge, hvis prøverne egner sig til den.
Hvad er densitet og massefylde?
Densitet og massefylde betyder det samme: masse pr. volumen, også kaldet rumfang. En tung sten har ikke nødvendigvis høj densitet, for den kan blot være stor. Det er forholdet mellem massen og rumfanget, der skal sammenlignes.
ρ = m / V
ρ, udtalt rho, er densiteten.
m er massen.
V er volumen.
Måler du m i gram og V i cm³, bliver enheden g/cm³. Én milliliter er én kubikcentimeter, så g/mL og g/cm³ har samme talværdi. Desuden gælder 1 g/cm³ = 1.000 kg/m³. Brug samme enheder for alle prøver.
Formål og materialer
Formålet er at bestemme og sammenligne densiteten af forskellige bjergartsprøver. Brug en vægt, vand, et passende måleglas og tydeligt mærkede prøver. Til store prøver kan en overløbsmetode med opsamling af det fortrængte vand være mere egnet end et smalt måleglas.
Vælg til den enkle vandfortrængning kompakte prøver, som ikke opløses, smuldrer eller suger væsentlige mængder vand. Porøse prøver kræver en nærmere aftale om, hvilket volumen der skal bestemmes.
Fremgangsmåde: Mål masse og rumfang
- Giv prøven et navn eller nummer. Vej den tørre prøve, og notér massen m i gram. Nulstil vægten korrekt, og fratræk eventuel beholdermasse.
- Hæld vand i måleglasset, og aflæs startvolumen V₁. Læs vandets overflade i øjenhøjde og samme sted på menisken hver gang. Menisken er den buede væskeoverflade.
- Sænk prøven forsigtigt ned, så den er helt dækket. Undgå luftbobler og spild. Aflæs det nye volumen V₂.
- Beregn prøvens volumen: V = V₂ − V₁. Brug ikke slutaflæsningen alene.
- Beregn ρ = m/V. Gentag målingen, og notér forskellene mellem gentagelserne.
Når en kompakt prøve sænkes helt ned, fortrænger den et vandvolumen svarende til sit eget ydre volumen. Har prøven åbne porer, som vandet trænger ind i, bliver denne sammenhæng mere kompliceret. Notér derfor prøvevalg og eventuel vandoptagelse som en del af metoden.
Regneeksempel: Fra to aflæsninger til densitet
En tør stenprøve vejer 135 g. Vandstanden stiger fra 100 mL til 150 mL, når prøven er helt nedsænket. Prøvens volumen er derfor 150 − 100 = 50 mL = 50 cm³.
ρ = 135 g / 50 cm³ = 2,7 g/cm³.
Tallet viser massen af én kubikcentimeter af prøven. Det er en realistisk størrelsesorden for flere kompakte bjergarter, men densitet alene er ikke nok til at bestemme arten. Vurder også blandt andet mineraler, kornstørrelse og struktur.
Resultattabel og databehandling
| Prøve | Masse, g | V₁, mL | V₂, mL | V = V₂ − V₁, cm³ | Densitet, g/cm³ |
|---|---|---|---|---|---|
| Regneeksempel | 135 | 100 | 150 | 50 | 2,7 |
| Prøve 1 | |||||
| Prøve 2 | |||||
| Prøve 3 |
Vis mindst én beregning med enheder. Har du flere stykker af samme bjergart, kan du også afbilde massen som funktion af volumen. Hvis prøverne har omtrent samme densitet, vil punkterne ligge nær en ret linje gennem nul, hvor hældningen svarer til densiteten.
Fejlkilder: Hvad kan ændre resultatet?
- Luftbobler omkring stenen kan få volumen til at se for stort ud og densiteten for lav.
- Aflæsningsfejl betyder meget, når forskellen mellem V₁ og V₂ er lille.
- Vandoptagelse i porer og revner kan ændre, hvilket volumen vandfortrængningen registrerer.
- En våd prøve ved vejning eller en beholder, der ikke er fratrukket, kan give for stor masse.
- Spild under nedsænkning kan gøre slutaflæsningen misvisende.
Gentagne målinger viser, hvor ens resultaterne er, men fjerner ikke automatisk en systematisk fejl. Forklar derfor både, hvad fejlen kan skyldes, og hvilken retning den forventes at påvirke resultatet i.
Hvorfor har bjergarter forskellig densitet?
Bjergarter består af mineraler med forskellige densiteter. Sammensætningen er derfor vigtig. Porer og sprækker kan samtidig sænke prøvens gennemsnitlige densitet. Pimpsten er et tydeligt eksempel: De mange gasfyldte hulrum kan gøre densiteten så lav, at stenen kan flyde, i hvert fald før tilstrækkelig vandoptagelse.
Knyt resultaterne til det geologiske kredsløb og Jordens opbygning. Forskelle mellem bjergarter er relevante for geologien, men pladers bevægelse kan ikke forklares alene ved at sammenligne to håndstykkers densitet.
Opgave: Forklar resultatet
Hvorfor har et større stykke af samme kompakte bjergart omtrent samme densitet som et mindre? Hvorfor skal startvolumen trækkes fra? Vurder til sidst, om forskellen mellem dine prøver er større end måleusikkerheden, og hvad du mangler at undersøge, før du kan forklare forskellen geologisk.
