Густина речовин

Розділ ІІІ ВЗАЄМОДІЯ ТІЛ. СИЛА

&25. Густина речовин

✓ Чи завжди два тіла, які мають однакові об’єми, мають однакову масу?

✓ Як можна визначити об’єм твердого тіла; рідини?

З’ясуємо, від чого залежить маса тіл. З цією метою проведемо дослід. Візьмемо два металічні кубики з однаковими об’ємами: один свинцевий, інший – алюмінієвий. Помістивши їх на праву і ліву шальки терезів, помітимо, що їхні маси різні: маса свинцевого кубика значно більша, ніж алюмінієвого (рис. 61, а). Свинець і алюміній – різні речовини, отже маси

кубиків однакових об’ємів залежать від роду речовин, з яких вони виготовлені.

Рис. 61

Проведемо ще один дослід: наллємо у дві однакові мензурки по 100 мл води та соняшникової олії і помістимо їх на різні шальки терезів. Ми побачимо, що при однакових об’ємах маси цих рідин різні (рис. 61, б). Маса води більша, ніж маса олії. Аналогічно до першого досліду можна сказати, що маси рідин з однаковими об’ємами залежать від роду речовин.

Із цих дослідів можна зробити висновок про те, що маси різних тіл з однаковими об’ємами різні. Ця відмінність характеризується фізичною величиною, яку називають густиною речовини.

Щоб

визначити густину речовини, потрібно масу тіла поділити на його об’єм:

Густина =

Густину позначають грецькою буквою р (“ро”). Тепер запишемо формулу для обчислення густини, позначивши масу літерою т, а об’єм – V:

Р = .

Оскільки основною одиницею маси є 1 кг, а об’єму – 1 м3, то основною одиницею густини буде відповідно кілограм на кубічний метр (1 кг/м3).

На практиці використовують й інші одиниці густини: грам на кубічний сантиметр (1 г/см3), тонна на кубічний метр (1 т/м3).

Наприклад, густина міді складає 8900 кг/м3. Це число означає, що маса міді з об’ємом 1 м3 дорівнює 8900 кг.

Густину речовини (міді) з кг/м3 можна перетворити у г/см3 таким способом. Оскільки 1 кг = 1000 г = 103 г, а 1 м3 = 1 000 000 см3 = 106 см3, то

Р = = 8,9 г/см3.

Порівняємо густину тих речовин, які були використані в описаних дослідах. Густина свинцю 11 300 кг/м3, алюмінію – 2700 кг/м3, води – 1000 кг/м3, соняшникової олії – 926 кг/м3. Тепер зрозуміло, чому тверді тіла і рідини з однаковими об’ємами мають різну масу. Це пояснюється різною густиною речовин, з яких вони складаються.

Різну густину мають не тільки тверді речовини або рідини, але й гази. Так, кисень має більшу густину, ніж повітря. Густина водню значно менша, ніж густина повітря чи кисню.

Густини усіх (або майже усіх) існуючих у природі речовин – твердих, рідких і газів – уже давно визначені. Деякі з них подані у таблицях 3-5.

Таблиця 3

Густини твердих речовин

Тверда речовина	P, кг/м3	P, г/см3	Тверда речовина	P, кг/м3	P, г/см3
Іридій	22 400	22,4	Граніт	2600	2,6
Платина	21 500	21,5	Скло	2500	2,5
Золото	19 300	19,3	Фарфор	2300	2,3
Свинець	11 300	11,3	Бетон	2200	2,2
Срібло	10 500	10,5	Цегла	1600	1,6
Мідь	8900	8,9
Парафін	900	0,9
Латунь	8500	8,5
Сталь, залізо	7800	7,8	Лід	900	0,9
Олово	7300	7,3	Дуб сухий	800	0,8
Цинк	7100	7,1	Сосна суха	440	0,4
Алюміній	2700	2,7	Корок	240	0,24
Мармур	2700	2,7	Поролон	200-600	0,2-0,6

Таблиця 4

Густини рідин (за температури 20 °С)

Рідина	P, кг/м3	P, г/см3	Рідина	P, кг/м3	P, г/см3
Ртуть	13 600	13,6	Спирт, гас	800	0,80
Вода морська	1030	1,03	Нафта	800	0,80
Вода чиста	1000	1	Ацетон	790	0,79
Машинне масло	900	0,9	Бензин	710	0,71

Таблиця 5

Густини газів (за нормального атмосферного тиску і температури 20 °С)

Газ	P, кг/м3	P, г/см3	Газ	P, кг/м3	P, г/см3
Вуглекислий	1,980	0,00198	Чадний газ	1,250	0,00125
Газ	Водяна пара	0,600	0,00060
Кисень	1,430	0,00143	(за 100 °С)
Повітря (за 0°С)	1,290	0,00129	Водень	0,090	0,00009

Знаючи густини речовин, можна, не користуючись вагами, визначити масу будь-якого тіла, якщо відомий його об’єм.

Так, якщо ви хочете визначити масу води, налитої у літрову банку, треба скористатися формулою густини і записати її у вигляді:

M = рV.

Густина води 1000 кг/м3; об’єм води, що повністю заповнює літрову банку, дорівнює 1 л, або в основних одиницях об’єму:

1 л = 1 дм3 = 0,001 м3.

Тоді маса води в банці становить:

M = 103 кг/м3 ∙ 10-3 м3 = 1 кг.

Запитання для самоперевірки

На що вказує густина речовини? Назвіть одиниці густини. Густина скла дорівнює 2500 кг/м3. Що означає це число? Скориставшись даними таблиць густин речовин, запишіть, чому дорівнює густина заліза, нафти і водяної пари. Порівняйте ці числові значення і поясніть причину їхньої відмінності. Як знайти масу тіла, знаючи його об’єм і густину? Записавши формулу густини р = m, учень прочитав її так: “Густина речовини

Прямо пропорційна масі тіла і обернено пропорційна його об’єму”. Чи правильно він прочитав формулу? Відповідь поясніть.

Завдання 16

Щоб переконатися у правильності одержаної у кінці параграфа відповіді про масу води, налитої у літрову банку, проведіть зважування. (Не забудьте спочатку зважити порожню банку!). Чи співпали результати вашого експерименту з обчисленим значенням? Визначте густину крейди, якщо маса її кусочка дорівнює 3,6 г, а об’єм – 1,8 см3. Об’єм якої з двох кульок з однаковими масами більший – залізної чи гранітної? Подайте значення густини срібла, латуні, цинку, скла і льоду у вигляді стовпчастої діаграми. У мензурки А та В налиті вода і спирт (рис. 62). Маси рідин однакові. Відшукайте у таблиці густини цих рідин і встановіть, у якій мензурці вода, а в якій – спирт. Оцініть об’єм свого тіла, якщо відомо, що середня густина речовини людського тіла близька до густини води.

Рис. 62

Робота з комп’ютером

Вивчіть матеріал уроку і виконайте запропоновані в електронному додатку завдання.

Лабораторна робота № 7

Визначення густини речовин твердих тіл і рідин

Мета роботи. 1. Закріпити уміння і навички щодо вимірювання лінійних розмірів, об’єму і маси тіл. 2. Навчитися визначати густину речовини.

Обладнання. 1. Мензурка об’ємом 200 см3. 2. Посудина з водою. 3. Лабораторні терези з набором важків до них. 4. Лінійка. 5. Нитка. 6. Металевий брусок. 7. Невелике суцільне тіло неправильної форми (кусок металу, камінець тощо). 8. Фільтрувальний папір. 9. Посудина з досліджуваною рідиною (олією, розчином кухонної солі тощо).

Хід роботи

Удома напередодні виконання роботи повторіть & 25 підручника й ознайомтеся з вказівками до лабораторної роботи № 6. Пригадайте або за необхідності повторіть способи вимірювання лінійних розмірів тіл, їхніх об’ємів, основні правила зважування за допомогою терезів. Підготуйте терези до зважування. Розгляньте наявні у вас набір важків, мензурку і лінійку. Визначте характеристики засобів вимірювання та запишіть їх у таблицю.

Засіб вимірювання	Межі вимірювання	Ціна поділки шкали
Лінійка
Мензурка
Терези

Визначте за допомогою терезів масу m бруска, виміряйте лінійкою його довжину l, ширину b і висоту h, обчисліть об’єм V. Отримані дані занесіть у звітну таблицю, обчисліть густину речовини бруска і за таблицею густин установіть, з якої речовини виготовлено брусок.

Маса m, кг

Довжина l, м

Ширина b, м

Висота h, м

Об’єм

V = lbh,

М3

Густина

Р = m/V,

Кг/м3

Речовина

За допомогою терезів виміряйте масу М твердого тіла неправильної форми. Налийте у мензурку води об’ємом V1, наприклад, 100 см3. Занурте повністю у воду досліджуване тіло, прикріплене до нитки, та виміряйте об’єм V2 води і тіла. Дані вимірювань занесіть у звітну таблицю, знайдіть об’єм V тіла, обчисліть його густину р і за відповідною таблицею гус – тин встановіть, з якої речовини виготовлено тверде тіло.

Маса твердого тіла М, кг

Об’єм води у мензурціV1, м3

Об’єм води і тіла

V2, м3

Об’єм тіла

V = V2 – V1 м3

Густина

Р = , кг/м3

Речовина

Після закінчення вимірювань вийміть тіло з мензурки і просушіть його за допомогою фільтрувального паперу.

9*. Додаткове завдання. Визначте густину досліджуваної рідини. З цією метою зважте порожню мензурку (нехай її маса m1). Потім налийте у неї рідини об’ємом V = 20-30 см3 і зважте мензурку з рідиною (m2). Дані занесіть у таблицю й обчисліть густину рідини.

Маса пружної мензуркиm1, кг

Маса мензурки з досліджуваною рідиною

M2, кг

Маса рідини у мензурці

M = m2 – m1, кг

Об’єм

Рідини

V, м3

Густина

Рідини

Р = ,

Кг/м3