СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТЕЛ
METHOD OF BODY DENSITY DETERMINING

Изобретение относится к способам определения физических свойств тел, в частности плотности тел малого размера, в которых возможно определить объем находящегося в них газа.
Известен способ определения плотности любого физического тела путем измерения его массы на весах, определения его объема и дальнейшего расчета плотности как отношения массы и объема (http: // www.Kakprosto.ru/kak-54370-kak).
Недостатком этого способа являются низкие технологические возможности. Он не позволяет определить плотность тел с малыми геометрическими размерами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является способ определения плотности мелкодисперсных твердых тел, включающий взвешивание исследуемого тела, помещенного в измерительную кювету (Патент РФ на изобретение №2203480, Способ определения плотности твердых тел, МПК G01N 9/10, от 27.04.2003). Взвешивание осуществляют в рабочей жидкости в воздушном пузыре вначале при нормальном давлении, затем - при пониженном. После этого очищают кювету от исследуемого тела, заполняют ее рабочей жидкостью и определяют вес кюветы в рабочей жидкости. Затем рассчитывают плотность исследуемого тела.
Этот способ позволяет определить плотность твердой составляющей тела, но он не позволяет определить объем находящегося в теле газов. Следует заметить, на практике возникает необходимость определения этого объема, например, в биологии при определении внутриполостного объема газа в теле мелких насекомых (божьи коровки, жуки, блохи), а также в упругих телах.
Таким образом, недостатком наиболее близкого аналога является то, что он не позволяет определить наряду с плотностью объем газа в этом теле.
Задачей предлагаемого решения является устранение этого недостатка, а именно возможность измерения при определении плотности тела объема находящихся в нем газов.
Поставленная задача решается тем, что в способе определения плотности тел, в котором определяют плотность твердой составляющей этого тела путем заключения его в кювету и определения веса этой кюветы в несмачиваемой это тело жидкости при нормальном и пониженном давлении, согласно предлагаемому решению после определения твердой составляющей этого тела определяют объем газа в теле, для чего тело помещают в жидкость, способную смачивать это тело, создают давление в ней до взвешенного состояния тела и определяют относительную величину изменения объема газа, а затем рассчитывают объем газа в теле по формуле:
r
k
2
V=mΔV/ρ-Р, где
m - масса исследуемого тела,
k
ΔV - коэффициент сжатия газа при увеличении давления от нормальной величины до величины, при которой тело находится во взвешенном состоянии, равный VкPн/VкРа, где VкPн - объем воздуха в капилляре-манометре при нормальном давлении, VкРа - объем воздуха в капилляре-манометре при повышенном давлении,
2
ρ - плотность смачиваемой тело жидкости,
Р - плотность твердой составляющей тела.
При этом в качестве объекта исследования можно использовать насекомое.
Помещение тела после определения твердой его составляющей плотности в жидкость, способную смачивать это тело (чаще всего масло), позволит вытеснить газ в теле и по разнице изменения нормального давления и давления во взвешенном состоянии тела рассчитать объем находящегося в нем газа. Начальное помещение кюветы с телом в несмачиваемую тело жидкость (вода) не позволяет проникнуть ей внутрь кюветы, т.е. ведет к появлению воздушного пузыря, в которой находится испытуемое тело. Дальнейшее помещение тела в смачиваемую его жидкость (масло) позволяет смочить внешнюю поверхность тела, но не проникнуть во внутренние поры тела.
Предлагаемый способ определения плотности проиллюстрирован схемой установки для определения объема газа в теле, состоящей из сосуда 1 с жидкостью, капилляра-манометра 2, гидроцилиндра 3.
Способ осуществляется следующим образом.
Тело, например насекомое, взвешивают на воздухе. Помещают тело в измерительную кювету, опускают кювету в несмачиваемую это тело жидкость (дистиллированную воду) и взвешивают в воздушном пузыре вначале при нормальном давлении, а затем при пониженном. Затем кювету вытаскивают из жидкости, освобождают ее от исследуемого тела, заполняют ее рабочей жидкостью и определяют вес кювету в рабочей жидкости. После этого рассчитывают плотность твердой составляющей тела по заявленной в наиболее близком аналоге формуле.
2
k
После определения твердой составляющей Р тела его помещают в прозрачный сосуд 1 с жидкостью, способную смачивать это тело (масло) с известной плотностью (ρ). Испытания проводят в сосуде 1, снабженном капилляром-манометром 2 и гидроцилиндром 3. Определяют объем воздуха в капилляре-манометре при нормальном давлении (VкPн). Создают давление (Ра) в рабочей жидкости до погружения тела и нахождения его во взвешенном состоянии. Измеряют объем воздуха в капилляре - манометре при повышенном давлении (\/кРа). Определяют коэффициент сжатия газа при изменении давления от нормального до давления во взвешенном состоянии тела (ΔV=VкPн/VкPa).
После этого объем внутриполостного газа в теле, например насекомого, рассчитывают по формуле:
r
k
2
V=mΔV/ρ-Р, где
m - масса исследуемого тела,
k
ΔV - коэффициент сжатия газа при увеличении давления от нормальной величины до величины, при которой тело, например насекомое, находится во взвешенном состоянии,
2
ρ - плотность смачиваемой тело жидкости,
Р - плотность твердой составляющей тела.
3
-8
3
Согласно предлагаемому способу определен объем внутриполостного газа в теле божьей коровки. Плотность твердой составляющей коровки при использовании дистиллированной воды составила 120 кг/м. Объем газа в ней составил 2,76×10 м.
Предлагаемый способ найдет применение в анатомических, физиологических и экологических исследованиях при определении объемов трахейной системы насекомых и других внутриполостных газовых объемов беспозвоночных животных, а также в измерительной технике при определении объемов газа в упругих телах.