ГУСТИНА. ОДИНИЦІ ГУСТИНИ
РОЗДІЛ 3 ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА
ЧАСТИНА І. СИЛА. ВИДИ СИЛ
& 16. ГУСТИНА. ОДИНИЦІ ГУСТИНИ
Ми часто вживаємо вирази “легкий, мов повітря” або “важкий, як свинець”. Але чи знаєте ви, що повітря всередині, скажімо, супермаркету має масу понад 5000 кг? Підняти вантаж такої маси не подужає й силач. Натомість свинцевий тягарець для вудки легко підніме навіть малюк. тож наведені вирази є хибними? з’ясуємо, в чому тут річ.
1. Здійснюємо деякі вимірювання та виконуємо розрахунки
На рис. 16.1 ви бачите два суцільні свинцеві бруски
1) Виміряйте довжину, ширину, висоту брусків та обчисліть їхні об’єми (V1 і V2 ).
2) Визначте масу кожного бруска (m1 і m2) (рис. 16.2). Терези перебувають у рівновазі, отже, слід обчислити масу важків.
3) Визначте відношення маси кожного бруска до його об’єму (
і 
), тобто дізнайтеся, якою є маса свинцю об’ємом 1 см3 для кожного з брусків.
Сподіваємося, що ви все зробили правильно і для обох брусків
= = 11,3 
.
Отже, ми виявили, що маса свинцю об’ємом 1 см3 дорівнює 11,3 г.
Рис. 16.1. Два свинцеві бруски, зображені в натуральну величину
Рис. 16.2. Вимірювання мас свинцевих брусків, зображених на рис. 16.1
Як ви вважаєте, чи змінився б отриманий нами результат, якби для експерименту взяли суцільні свинцеві бруски вдвічі більшої маси? Якщо б змінився, то в скільки разів?
2. Даємо означення густини речовини
Ми провели вимірювання та розрахунки для тіл, виготовлених зі свинцю. Якщо для експерименту взяти суцільні тіла, виготовлені з іншої речовини, наприклад з алюмінію, то знову одержимо рівні результати, але вже інші, ніж у досліді зі свинцем. Відношення маси тіла до його об’єму – характеристика не тіла, а речовини, з якої це тіло виготовлено. Цю величину називають густиною речовини.
Густина речовини – це фізична величина, яка характеризує речовину і дорівнює відношенню маси суцільного тіла, виготовленого з цієї речовини, до об’єму цього тіла:
Р = 
Де р (“ро”)- густина речовини; m – маса тіла; V – об’єм тіла (об’єм, зайнятий речовиною).
У СІ одиницею маси є кілограм, а одиницею об’єму – метр кубічний, тому одиниця густини в СІ – кілограм на метр кубічний:
[p] 
Застосовують також одиницю густини грам на сантиметр кубічний (г/см3). Одиниці густини кілограм на метр кубічний і грам на сантиметр кубічний пов’язані співвідношенням:
1 = 
= 0,001 .
1 = 0,001
1 = 1000
3. Порівнюємо густини різних речовин
Густини речовин можуть суттєво відрізнятися одна від одної. Саме тому тіла, однакові за розміром, але виготовлені з різних речовин, будуть мати різну масу. Наведемо кілька прикладів.
Кубики на рис. 16.3. зображені в натуральну величину. Об’єм кожного кубика дорівнює 1 см3, маси кубиків зазначені на рисунку.
Рис. 16.3. Густини речовин є різними, тому, незважаючи на те що подані речовини займають однаковий об’єм (1 см3), їхні маси суттєво різняться
Перший кубик виготовлений з корока. Густина корока становить 0,2 – це означає, що маса корока об’ємом 1 см3 дорівнює 0,2 г. Густина льоду дорівнює 0,9 , отже, маса льоду об’ємом 1 дорівнює 0,9 г.
Густина свинцю становить 11,3 , тому суцільне свинцеве тіло об’ємом 1 см3 має масу 11,3 г.
Скориставшись рис. 16.3, дізнайтесь густину золота. За таблицями густин деяких речовин (див. с. 249 підручника) визначте масу кубика об’ємом 1 см3, виготовленого з латуні.
4. З’ясовуємо, від яких чинників залежить густина речовини
Густина суттєво залежить від агрегатного стану і температури речовини.
Якщо речовина змінює свій агрегатний стан або температуру, її маса залишається незмінною, оскільки кількість частинок (молекул, атомів) і маса кожної з них не змінюються. А от об’єм речовини змінюється, оскільки змінюється середня відстань між частинками.
Так, у разі переходу речовини з рідкого стану в газоподібний густина речовини зменшується, оскільки через збільшення середньої відстані між частинками збільшується об’єм речовини (рис. 16.4).
Зі збільшенням температури середня відстань між частинками збільшується, відповідно збільшується об’єм речовини і зменшується її густина. І навпаки, чим нижчою є температура речовини, тим менші міжмолекулярні проміжки, тобто меншим є об’єм речовини і більшою – її густина*.
Рис 16.4. Відстань між молекулами рідини набагато менша, ніж відстань між молекулами газу
5. Учимося обчислювати густину тіла*, масу та об’єм тіла
Одним зі способів дізнатися, з якої речовини складається суцільне тіло, є обчислення його густини, а потім порівняння одержаного результату з даними таблиці густин. Щоб визначити густину тіла, досить виміряти його масу і об’єм та визначити відношення маси тіла до його об’єму.
* Винятками є вода, чавун і деякі інші речовини. Вода, наприклад, під час нагрівання від 0 °С до 4 °С свій об’єм зменшує.
* Звісно, густина – це характеристика речовини, але іноді для скорочення запису або з інших міркувань використовують термін “густина тіла”.
Наприклад, якщо суцільна фігурка об’ємом V = 0,001 м3 має масу m = 8,9 кг, то густина речовини, з якої вона виготовлена, дорівнює:
P = = 
= 8900 .
За таблицею густин виявляємо, що фігурка виготовлена з речовини, яка має таку саму густину, що й мідь (рис. 16.5).
У наведених в параграфі прикладах ми розглядали суцільні однорідні тіла, тобто тіла, що не мають порожнин і складаються з однієї речовини (свинцеві бруски, мідна фігурка).
А от якщо в тілі є порожнини або воно складається з різних речовин (наприклад, корабель, футбольний м’яч, людина), то говорять про середню густину тіла, яку також обчислюють за формулою:
Рис. 16.5. Густина речовини, з якої виготовлена суцільна фігурка, становить 8900 кг/м3. Найімовірніше, фігурка виготовлена з міді
Р = ,
Де р – середня густина тіла; V – об’єм тіла; m – маса тіла.
Середня густина тіла людини, наприклад, становить близько 1000 .
Знаючи об’єм тіла та його густину (густину речовини, з якої воно виготовлено, або середню густину тіла), можна визначити масу тіла без зважування. Справді, якщо р = , то m= pV.
Відповідно, знаючи масу тіла та його густину, можна знайти його об’єм: V = 
.
Підбиваємо підсумки
Густина речовини – це фізична величина, яка характеризує певну речовину та дорівнює відношенню маси суцільного тіла, виготовленого з цієї речовини, до об’єму тіла.
Густину можна визначити за формулою р = .
Одиницею густини в СІ є кілограм на метр кубічний (кг/м3). Також використовують одиницю густини грам на сантиметр кубічний (г/см3). Ці одиниці пов’язані співвідношенням: 1000 кг/м3 = 1г/см3.
Знаючи об’єм тіла та його густину, можна знайти масу тіла: m = pV. Відповідно за відомими масою та густиною можна знайти об’єм тіла: V = .
Контрольні запитання
1. Дайте означення густини речовини. 2. Які вимірювання необхідно здійснити, щоб визначити густину речовини? 3. Які одиниці густини ви знаєте? 4. Як подати густину в грамах на сантиметр кубічний (г/см3), якщо відоме її значення в кілограмах на метр кубічний (кг/м3)? 5. Чи залежить густина речовини від температури та агрегатного стану речовини? Якщо залежить, то як? Відповідь поясніть. 6. Як обчислити масу тіла за його густиною та об’ємом? 7. Як визначити об’єм тіла, знаючи його густину та масу?
Вправа № 16
1. У циліндрі під поршнем міститься кисень. Поршень починають опускати (див. Малюнок). Як при цьому змінюється: а) маса газу? б) об’єм газу? в) густина газу?
2. Густина платини дорівнює 21 500 кг/м3. Якою є маса платини об’ємом 1 м3? об’ємом 1 см3?
3. Значення якої величини ми насправді порівнюємо, коли говоримо: “легкий, мов повітря”, “важкий, як свинець”?
4. У яких випадках маси тіл однакового об’єму будуть рівними?
5. Одна з двох однакових посудин наповнена рідким медом, друга – олією. Маса якої рідини більша і в скільки разів?
6. Два кубики мають однакову масу. Перший кубик виготовлений з оргскла, другий – з дуба. Об’єм якого кубика є меншим і в скільки разів?
Експериментальне завдання
“Хто густіший”. За можливості визначте середню густину власного тіла, знаючи свою масу. Об’єм тіла можна знайти, вимірявши кількість води, яку ви витісняєте під час занурення у ванну. Підказка: крім ванни вам знадобляться посудина відомого об’єму (каструля, пластикова пляшка тощо) і помічник.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7
Тема. Визначення густин твердого тіла та рідини.
Мета: визначити густини пропонованих твердих тіл і рідини.
Обладнання: терези з важками; лінійка; досліджувані тверді тіла (дерев’яний брусок, металеве тіло на нитці); мірна посудина з водою; склянка з досліджуваною рідиною; порожня склянка; паперові серветки.
ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ
Підготовка до експерименту
1. Перш ніж розпочати вимірювання, згадайте:
1) формулу, за якою обчислюють густину;
2) прилади, за допомогою яких можна визначити об’єм твердого тіла;
3) як правильно знімати покази мірної посудини;
4) правила роботи з важільними терезами;
2. Визначте та запишіть ціну поділки шкали лінійки та ціну поділки шкали мірної посудини.
Експеримент
Суворо дотримуйтесь інструкції з безпеки (див. форзац підручника).
Результати вимірювань і обчислень заносьте до таблиці.
1. Виміряйте довжину, ширину та висоту бруска за допомогою лінійки. Обчисліть його об’єм.
2. Виміряйте масу бруска за допомогою терезів.
3. Виміряйте масу металевого тіла за допомогою терезів.
4. Виміряйте об’єм металевого тіла за допомогою мірної посудини (див. Малюнок). Після цього перелийте воду із мірної посудини в порожню склянку.
5. Визначте масу та об’єм досліджуваної рідини:
– виміряйте масу склянки з досліджуваною рідиною;
– перелийте рідину в мірну посудину та виміряйте об’єм рідини;
– виміряйте масу порожньої склянки;
– обчисліть масу рідини.
Досліджуване тіло або рідина | Маса m, г | Об’єм V, см3 | Густина р | Речовина |
Г/см3 | Кг/м3 |
Опрацювання результатів експерименту
1. Визначте густину речовини, з якої виготовлений брусок.
2. Визначте густину металу, з якого виготовлене металеве тіло.
3. Визначте густину досліджуваної рідини.
4. Користуючись таблицями густин (с. 249), визначте назви речовин, з яких виготовлені досліджувані тіла, а також назву досліджуваної рідини.
Аналіз експерименту та його результатів
Зробіть висновок, у якому зазначте: 1) яку фізичну величину і за допомогою яких приладів ви вимірювали; 2) які результати отримали; 3) які чинники могли вплинути на точність результатів.
Творче завдання
Запропонуйте способи – теоретичний та експериментальний, за допомогою яких можна знайти масу води, що виллється з відливної посудини (див. Малюнок), якщо в неї повільно занурити алюмінієвий кубик з ребром 3 см.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...