Плотность однородного вещества

Плотность однородного вещества (тела) ρ, кг/м3 — величина, определяемая отношением массы m вещества к занимаемому объему V, приведенному к нормальным условиям:

Однородными веществами являются жидкости и газы. Для газов предусматриваются следующие условия для определения объема: температура 20° С, давление 101 325 Па (760 мм рт. ст.), влажность равна нулю.
Горные породы относятся к средам неоднородным и в той или иной степени пористым. Поэтому у них различают объемную плотность ρ0 и плотность минерального скелета, или истинную плотность ρск.
Объемная плотность, кг/м3 — отношение массы породы к ее объему, взятому в естественном состоянии вместе с порами:

где m — масса породы, кг; V — объем породы, взятой в естественном состоянии вместе с порами, м3; Vск — объем твердой фазы (скелета) породы, м3; Vпор — объем пор, м3.
Объемная плотность горных пород может определяться для породы, высушенной до постоянной массы при t=105—110° С, или для породы с естественной влажностью.
Плотность большинства горных пород находится в пределах от 1,5 до 3,5 т/м3. Если порода сложена минералами примерно одинаковой плотности, то ее плотность в основном зависит от пористости. Например, плотность известняков может изменяться от 1,5 до 2,5 т/м3, в то время как плотность кальцита равна 2,7 т/м3.
Плотность малопористых пород в основном зависит от их минерального состава. В частности, у мерзлых пород она в значительной степени определяется содержанием льда, поскольку плотность его составляет всего лишь 0,9168 т/м3. У магматических пород увеличение плотности наблюдается при уменьшении содержания кварца, поскольку его плотность (2,65 т/м3) меньше, чем у железисто-магнезиальных минералов: оливина, пироксена, роговой обманки, слюды.
Большой плотностью обладают рудные полезные ископаемые, так как в их состав входят тяжелые рудные минералы: гематит, магнетит, сидерит, киноварь и др. Сравнительно невысока плотность гидрохимических осадков. Например, у гипса она составляет 2,3 т/м3, а у каменной соли — 2,1 т/м3. Наименьшей плотностью характеризуются торф и угли низкой степени углефикации (0,7—2,0 т/м3).
Плотность минерального скелета — отношение массы твердой фазы породы (ее минерального скелета) к объему этой твердой фазы без пор:

Плотность твердой фазы складывается из плотностей минералов, входящих в состав данной горной породы. Плотность веществ, в свою очередь, зависит от химического состава и структуры и изменяется от 0,9168 (лед) до 22,5 (иридистый осьмий) т/м3.
По плотности все минералы условно можно разделить на три группы: тяжелые — плотность выше 4 т/м3; средние — плотность от 2,5 до 4,0 т/м3; легкие — плотность до 2,5 т/м3.
Из всех минералов 13% — легкие, 53% — средние, 34% — тяжелые. Наибольшую плотность скелета имеют рудные полезные ископаемые — 5 т/м3 и более.
Существует несколько методов определения плотности пород в лабораторных условиях. Поскольку масса образцов во всех случаях определяется путем взвешивания, все методы различаются способом определения (измерения) объема образца.