＜概要＞

粒状体を均一な密度を持つ粒子（質量密度を ρ とする）と空隙（密度を0とする）からできていると見なそう。 粒状体の体積を V、その中の空隙の占める体積を V_v とすると、 粒状体の総体としての密度（嵩密度 bulk density）は ρ(V - V_v)/V で表される。 ここで(V - V_v)/V は充填率 packing fraction、V_v/Vは空隙率 void fractionと呼ばれ¹、 密度 ρ は真密度 true density と呼ばれることが多い 。 ここでは PE ペレット（1粒の重さの平均約15 mg、標準偏差約1.7 mg）を用いて、どのような挙動が現れるか調べる。

¹ 空隙率には粒子間と器壁と粒子の間の空隙を分けて考えたり、粒子内部の細孔等の存在を考慮したりするなど、 詳細には種々の取り扱いがあり、空隙率を気孔率 porosity と呼ぶ分野もある。 なお今回扱うPEペレットでは問題にならないが、粒子内部の細孔等の存在を考慮して、粒子の密度を取り扱う向きもある。

＜操作＞

1. 用意されているPEペレットを25 g程度、0.01 gまで精確にはかり、 100 mLのメスシリンダーを少し傾けて静かに流し込み、容量を読み取る。
2. メスシリンダーを軽くトントンしたりして、ペレットの嵩がどこまで減るか試みよ。 もっとも嵩低くなった時の容量を読み取る。
3. メスシリンダーからPEペレットを取り出し、エタノールを25 mL程度入れて0.1 mLまで精確に容積を読み取る。
4. 取り出したPEペレットを気泡が付かないように注意しながらメスシリンダーに入れ、 エタノールの容積の増加量を0.1 mLまで精確に読み取る。

＜検討＞

1. PEペレットの真密度と、嵩密度の最大値を求めよ。
2. PEペレットの空隙率は最小、最大それぞれいかほどか求めよ。

＜検討課題＞

1. PEペレットを勢いよくメスシリンダーに流し込んだ時と、上記操作のように静かに流し込んだ時とで、 どちらの嵩密度がどれくらい大きいだろうか。
2. 用意してあるBB弾を用いて嵩密度をはかり、PEペレットの場合と比較せよ。 BB弾については粒ぞろいでかつほぼ真球と見なせるので、 BB弾の直径をノギスではかって真密度を求めてもよい。