Това, което се нарича плътност. Как се измерва плътността на материала? Плътност на различни материали

§ 9. Каква е плътността на материята?

Какво имат предвид, когато казват: тежък като олово или лек като пух? Ясно е, че едно зрънце олово ще бъде леко, а в същото време планината от пух ще има доста голяма маса. Тези, които използват подобни сравнения, нямат предвид масата на телата, а някаква друга характеристика.

Често в живота можете да срещнете тела, които имат еднакъв обем, но различни маси. Например домат и малка топка. И в магазина голям изборстоки, които имат еднаква маса, но се различават по обем, като пакет масло и торба царевични пръчици. От това следва, че телата с еднаква маса могат да имат различен обем, а телата с еднакъв обем могат да се различават по маса. Така че има някои физическо количество, което свързва и двете характеристики. Това количество беше наречено плътност (означава се с буквата от гръцката азбука ρ - ro).

Плътността е физична величина, числено равна на масата на 1 cm3 вещество. Единица за плътност kg/m3 или g/cm3.По този начин плътността на веществото не се променя при постоянни условия и не зависи от обема на тялото.

Има няколко начина за определяне на плътността на дадено вещество. Един от тези методи е да се определи масата на дадено вещество чрез претегляне и измерване на обема, който то заема. Използвайки получените стойности, можете да изчислите плътността, като разделите масата на тялото на неговия обем.

Телесна маса T

Плътност = ----- или ρ = --

обем на тялото V

Не винаги е необходимо да се изчислява плътността на дадено вещество. И така, за измерване на плътността на течността има устройство - хидрометър. Потопен е в течност.В зависимост от плътността на течността хидрометърът се потапя в нея на различна дълбочина.

Познавайки плътността на веществото и обема на тялото, можете да изчислите масата на тялото и да правите без тежести, m = V* ρ

Познавайки плътността на веществото и масата на тялото, е лесно да се изчисли неговият обем.

V =м/ρ

Това е много удобно, когато формата на изследваното тяло е сложна, например черупка на охлюв или минерален фрагмент.

Малко история.Именно по този начин прочутият Архимед от сиракузкия бижутер, който е направил корона не от чисто злато в продължение на 250 години преди новата ера, е осъден в лъжа от прочутия Архимед. Плътността на материала на короната се оказа по-малка от плътността на златото. Бижутерът обаче не очаквал излагане, тъй като формата на короната била невероятно сложна.

Плътностите на различни вещества се определят и изброяват в специални таблици. Имате такава таблица в тетрадката си на страница 22.

От таблицата, дадена в учебната тетрадка се вижда, че най-малка плътност имат веществата в газообразно състояние; най-големите - вещества, които са в твърдо състояние. Това се дължи на факта, че молекулите в газовете са разположени далеч една от друга, а молекулите в твърдите вещества са близо. Следователно плътността на дадено вещество е свързана с това колко близо или далеч са молекулите. А самите молекули на различните вещества се различават както по маса, така и по размер.

Различните вещества имат различна плътност, която зависи от масата и размера на молекулите, както и от техните относителна позиция. Плътността на дадено вещество може да се изчисли, като се знаят неговата маса и обем. За измерване на плътността на течностите има устройство за хидрометър и са съставени специални таблици за определяне на плътността на различни вещества.

Хидрометър * Плътност на веществата

Тествайте знанията си

1. Какво физическо количество се нарича плътност на материята?

2. Какви величини трябва да знаете, за да изчислите плътността на дадено вещество?

3. Какъв инструмент може да определи плътността на течност? Как е уредено?

4. Използвайки таблицата за плътност на веществата, определете плътността: алуминий, дестилирана вода, мед.

5. Използвайки таблицата за плътност на веществото, назовете:

а) веществото с най-висока плътност;

б) с най-ниска плътност;

в) с плътност, по-голяма от тази на дестилирана вода.

b. В природата веществата с различна плътност често взаимодействат. Използвайки таблицата с плътностите на веществата, обяснете защо:

а) ледът винаги се намира на повърхността на водата;

б) филм от бензин плува върху повърхността на локва;

в) по-лесно ли е човек да плува в морска вода, отколкото в прясна?

Всичко около нас е изградено от различни вещества. Корабите и баните са построени от дърво, ютиите и сгъваемите легла са направени от желязо, гумите на колелата и гумите на моливите са направени от гума. И различните артикули имат различни грамажи - всеки от нас лесно ще донесе сочен узрял пъпеш от пазара, но вие ще трябва да се потите за тежест със същия размер.

Всички си спомнят известния виц: „Какво е по-трудно? Килограм нокти или килограм пух? Вече няма да се хващаме на този детски номер, знаем, че теглото и на двете ще бъде еднакво, но обемът ще бъде значително различен. Така че защо се случва това? Защо различните тела и вещества имат различно тегло за еднакъв размер? Или обратното, едно и също тегло за различни размери? Очевидно има някаква характеристика, която прави веществата толкова различни едно от друго. Във физиката тази характеристика се нарича плътност на материята и се преминава в седми клас.

Плътност на материята: определение и формула

Дефиницията на плътността на веществото е следната: плътността показва каква е масата на веществото в единица обем, например в един кубичен метър. И така, плътността на водата е 1000 kg / m3, а ледът - 900 kg / m3, поради което ледът е по-лек и се намира отгоре през зимата на резервоари. Тоест какво ни показва плътността на материята в този случай? Плътността на леда, равна на 900 kg/m3, означава, че кубче лед със страна 1 метър тежи 900 kg. А формулата за определяне на плътността на веществото е следната: плътност \u003d маса / обем. Величините, включени в този израз, се означават по следния начин: маса - m, обем на тялото -V, а плътността се означава с буквата ρ (гръцката буква "ro"). И формулата може да се напише по следния начин:

Как да намерите плътността на веществото

Как да намерите или изчислите плътността на веществото? За да направите това, трябва да знаете обема на тялото и телесното тегло. Тоест измерваме веществото, претегляме го и след това просто заместваме получените данни във формулата и намираме стойността, от която се нуждаем. А как се измерва плътността на дадено вещество става ясно от формулата. Измерва се в килограми на кубичен метър. Понякога те също използват такава стойност като грам на кубичен сантиметър. Преобразуването на една стойност в друга е много просто. 1 g = 0,001 kg и 1 cm3 = 0,000001 m3. Съответно, 1 g / (cm) ^ 3 \u003d 1000 kg / m ^ 3. Трябва също да се помни, че плътността на дадено вещество е различна в различните агрегатни състояния. Тоест твърдо, течно или газообразно. Плътността на твърдите вещества най-често е по-висока от плътността на течностите и много по-висока от плътността на газовете. Може би много полезно изключение за нас е водата, която, както вече разгледахме, тежи по-малко в твърдо състояние, отколкото в течно състояние. Именно поради тази странна характеристика на водата е възможен живот на Земята. Животът на нашата планета, както знаете, произхожда от океаните. И ако водата се държи като всички други вещества, тогава водата в моретата и океаните ще замръзне, ледът, бидейки по-тежък от водата, ще потъне на дъното и ще остане там, без да се топи. И само на екватора в малък воден стълб би съществувал живот под формата на няколко вида бактерии. Така че можем да благодарим на водата за това, че съществуваме.

Плътността обикновено се нарича такова физическо количество, което определя съотношението на масата на обект, вещество или течност към обема, който заемат в пространството. Нека да поговорим за това какво е плътност, как се различава плътността на тялото и материята и как (използвайки каква формула) да намерим плътността във физиката.

Видове плътност

Трябва да се изясни, че плътността може да бъде разделена на няколко вида.

В зависимост от обекта на изследване:

• Плътността на тялото - за еднородните тела - е прякото съотношение на масата на тялото към неговия обем, зает в пространството.
• Плътността на веществото е плътността на телата, състоящи се от това вещество. Плътността на веществата е постоянна. Има специални таблици, в които е посочена плътността на различни вещества. Например, плътността на алуминия е 2,7 * 103 kg / m 3. Като знаем плътността на алуминия и масата на тялото, което е направено от него, можем да изчислим обема на това тяло. Или знаейки, че тялото се състои от алуминий и знаейки обема на това тяло, можем лесно да изчислим масата му. Как да намерим тези стойности, ще разгледаме малко по-късно, когато изведем формула за изчисляване на плътността.
• Ако тялото се състои от няколко вещества, тогава за да се определи неговата плътност, е необходимо да се изчисли плътността на неговите части за всяко вещество поотделно. Тази плътност се нарича средна плътност на тялото.

В зависимост от порьозността на веществото, от което е изградено тялото:

• Истинската плътност е плътността, която се изчислява, без да се вземат предвид кухините в тялото.
• Специфичното тегло - или привидната плътност - е това, което се изчислява, като се вземат предвид кухините на тяло, състоящо се от поресто или ронливо вещество.

И така, как намирате плътността?

Формула за плътност

Формулата, която помага да се намери плътността на тялото, е следната:

• p = m / V, където p е плътността на веществото, m е масата на тялото, V е обемът на тялото в пространството.

Ако изчислим плътността на определен газ, тогава формулата ще изглежда така:

• p = M / V m p - плътност на газа, M - моларна маса на газа, V m - моларен обем, който при нормални условияравно на 22,4 l / mol.

Пример: масата на едно вещество е 15 кг, то заема 5 литра. Каква е плътността на материята?

Решение: Заменете стойностите във формулата

• p = 15 / 5 = 3 (kg/l)

Отговор: плътността на веществото е 3 kg / l

Единици за плътност

Освен да знаете как да намерите плътността на тяло и вещество, е необходимо да знаете и единиците за измерване на плътността.

• За твърди вещества - kg / m 3, g / cm 3
• За течности - 1 g / l или 10 3 kg / m 3
• За газове - 1 g / l или 10 3 kg / m 3

Можете да прочетете повече за единиците за плътност в нашата статия.

Как да намерите плътност у дома

За да намерите плътността на тяло или вещество у дома, ще ви трябва:

1. Везни;
2. сантиметър, ако тялото е твърдо;
3. Съд, ако искате да измерите плътността на течност.

За да намерите плътността на тялото у дома, трябва да измерите обема му със сантиметър или съд и след това да поставите тялото на везната. Ако измервате плътността на течност, не забравяйте да извадите масата на съда, в който сте излели течността, преди да изчислите. Много по-трудно е да се изчисли плътността на газовете у дома, препоръчваме да използвате готови маси, в който вече са посочени плътностите на различните газове.

в индустрията и селско стопанствонеобходимо е да се знае плътността на използваните вещества, например масата и обемът на бетона се изчисляват от бетонови работници при изливане на основи, колони, стени, подпори на мостове, склонове, язовири и др. Плътността на веществото е физическа величина, която характеризира масата на тялото, отнесена към неговия обем.

Предполага се, че тялото е твърдо, без кухини и примеси от друга материя. Тази стойност за различни веществаотразени в справочните таблици. Но е интересно да се знае как се попълват такива таблици, как се определя плътността на неизвестни вещества. Повечето прости начиниопределяне на плътността на веществата:

За течности с хидрометър;

За течности и твърди вещества чрез измерване на обем и маса и изчисляване по формула.

Понякога с причина неправилна форматела или техните големи размери, може да бъде трудно или дори невъзможно да се определи обемът им с линийка или чаша. Тогава възниква въпросът как да се определи тяхната плътност, без да се прибягва до измерване на обема, или няма начин да се определи масата на веществото?

Целта на работата: Решаването на експериментални задачи за определяне на плътността на различни вещества.

Задачи: 1) Проучване различни методидефиниции на плътността на материята, описани в литературата

2) Измерете плътността на някои вещества чрез методи, предложени в литературата, и оценете границите на грешката на всеки метод

3) Определете плътността на неизвестното вещество въз основа на идентифицираните методи.

4) Представете под формата на таблици плътността на разтворите на сол, захар и

4 меден сулфат с различни концентрации.

Материали и методология на изследването: Изследванията са проведени с обичайни вещества: 10% разтвор на сол, 10% разтвор на меден сулфат, вода, алуминий, стомана и др. За измервания са използвани инструменти от 4-ти клас на точност: везни с теглилки, ареометър, комуникационен съдове от течен манометър, както и набор от калориметрични тела. Експериментите са проведени при стайна температура (20-250C), в училищните помещения, в кабинета по физика.

5 11. 3. Определяне на плътността на течност а) Методът за претегляне на тяло във въздух и неизвестна течност

Цел: Определяне на плътността на течност (разтвор на меден сулфат). Плътността ρ0 на водата е 1000 kg/m.

Уреди: Динамометър, конец, съд с вода, съд с неизвестна течност, тяло от набор от калориметрични тела.

Ход на работата: С помощта на динамометър определяме теглото на тялото във въздух (P1), във вода (P2) и в неизвестна течност (P3).

FA=ρgV - сила

Архимед Архимедовата сила, действаща върху тяло във вода е

FA=P1-P2 и в неизвестна течност:

Според закона на Архимед ние пишем

P1-P2=ρ0Vg, (1)

Решавайки системата от уравнения (1) и (2), намираме плътността на неизвестната течност:

ρ=(P1-P3)/Vg, V=(P1-P2)/ρ0g, ρ=(P1-P3/P1-P2)ρ0.

ρ= (1H-0,6H/1H-0,7H)1000 kg/m3 = 400H kg/m3/0,3H=1333,(3) kg/m3 b) Метод за сравнение на плътността на водата

Оборудване: Съобщителни съдове от стъклени тръби (със скала), гумена тръба, чаша, пипета, колби (или стъклени буркани) с различни течности.

Ход на работата: 1. В единия край на съединителните съдове се поставя ластик.

6 тръба (предварително стегнали последната, така че въздухът да не навлиза в комуникиращите съдове през нея).

2. Изсипете тестовата течност в свързани съдове с пипета (до определено ниво).

3. Налейте (до определено ниво) дестилирана вода в чаша.

4. Свободният край на гумената тръба се потапя (до дъното) в чаша (фиг. 1). В този случай нивото на течността в коленете на комуникиращите съдове ще се промени (нека h1 е разликата в нивата в коленете)

5. Изследваната течност се излива от комуникиращия съд и вместо нея се налива дестилирана вода до предишното ниво.

6. След като излеете вода от чашата, изсипете тестовата течност в нея до предишното ниво.

7. Отново потопете свободния край на гумената тръба в чашата и отново намерете разликата в нивата.

Тъй като височината на нивото на течността е обратно пропорционална на нейната плътност, можем да запишем: h1/h2 = ρx/ρv, или ρВ=h2ρВ/h1, където ρВ и ρX са плътностите съответно на дестилираната вода и на изследваната течност.

h1= 3,5 cm h2= 5 cm

ρX= 5 cm / 3,5 cm 1000kg/m3 = 1428 kg/m3

По този начин, знаейки плътността на течността, можем да разберем какъв вид течност сме изследвали. В този случай това е меден сулфат.

7 2. Определяне на плътността на твърдо тяло а) Метод за претегляне на проба във въздух и вода

Оборудване: Везни с теглилка, чаша 0,5 л, конци и парчета тел, пробни образци (парчета алуминий, калай, гранит, дърво, плоча от плексиглас, коркова тапа).

Метод на изпълнение на работата: Предложеният метод ви позволява да определите плътността на всяко вещество (с плътност по-голяма или по-малка от тази на водата) чрез претегляне на проба във въздух и вода.

Нека m1 е масата на изследваното тяло. Тогава теглото му във въздуха може да се намери, както следва:

P =m1g, (1) където g е ускорението на свободното падане. Това тяло, потопено във вода, има тежест

Тук FA е Архимедовата сила:

(V е обемът на водата, изместена от тялото, ρB е нейната плътност).

Като балансираме везните, получаваме:

P2=m2g, (4) където ta е масата на тежестите, които трябва да бъдат поставени върху левия тиган, за да се балансира везната. От (1) - (4) получаваме: m2=m1-ρvV (5)

Тъй като обемът V е равен на обема на тялото, потопено във вода, можем да напишем:

V=m1/ρx (6) където ρx е плътността на веществото, изграждащо изследваното тяло. От (5) и (6) намираме:

ρx=m1/(m1-m2)ρin (7)

Работен ред:

/. Плътността на изследваните тела е по-голяма от плътността на водата.

1. Определете масата m1 на изследваното тяло.

2. Завържете тестваното тяло с конец към левия съд на везната и го спуснете в чаша с вода (докато се потопи напълно).

3. Върху същата чаша са поставени тежести с маса m2, които са необходими за уравновесяване на везните.

4. По формула (7) се определя плътността ρx на изследваното тяло. Резултатите от измерването се въвеждат в таблица 1.

маса 1

Вещество m1, 10-3 m2, 10-3 ρx, 103 ρy, 103 ε, %

kg kg kg m-3 kg m-3

Алуминий 21,85 13,65 2,664 2,698 1,2

Калай 62,4 53,85 7,2982 7,298 0,003

Гранит 17,35 10,75 2,628 2,5-3 5

Плексиглас 3,75 0,75 1,23 1,18 4.2

ΙΙ. Плътността на изследваните тела е по-малка от плътността на водата.

1. Измерете масата m1 на изследваното тяло.

2. Тялото е здраво прикрепено към левия съд на везната с три парчета медна тел (диаметър 0,5 - 0,7 mm; две парчета с дължина 10 - 15 cm, едно -30 - 35 cm). За целта краищата им се усукват в сноп, в който се закрепва стоманена игла (или парче твърда заострена тел), а горните краища на късите телове се закрепват към издатините на кантара (фиг. 2). ).

Уравновесете везните. След това тестовото тяло се набожда върху иглата.

3. Тялото е напълно потопено във вода и тежести с маса m2 се добавят към лявата част на везните и се постига баланс на везните. Според формулата

ρx=m1/(m1+m2)ρx намерете плътността на изследваното тяло. Резултатите от измерването се въвеждат в таблица 2.

таблица 2

вещество m3.10-3 m2.10-3 kg px, 103 kgm-3 ρy, табл. ε,%

Корково дърво 3,7 22,5 0,14 0,2 30

20 25 0,44 0,45 2,2 б) Метод, базиран на навигационни условия тел.

Оборудване: парче пластилин, цилиндричен съд с вода

(ρ = 1 g/cm3), линийка.

Ход на работата: 1. Потопете парче пластилин в съд с вода и с линийка измерете изменението на нивото h1 на течността в съда.

2. правим "лодка" от пластилин и я оставяме да плува в съд с вода. Отново измерваме промяната в нивото h2 на течността.

3. Намираме плътността на пластилина по формулата:

ρпласт =mпласт/Vпласт = ρSh2 / Sh1 = ρВh2/h1

ρпласт = ρВh2/h1 h1 = 2mm h2 = 4mm

ρпласт =1000 kg/m3 4mm / 2mm = 2000 kg/m3

Определяне на плътността на неизвестно вещество

Цел: Определяне на плътността на неизвестно вещество X в твърдо състояние. Веществото Х не се разтваря във вода и не влиза в химични реакции с нея.

Оборудване: Стъклена чаша с вода, епруветка, линийка, неизвестно вещество X под формата на малки парчета.

Ход на работата: Първо, поставяме само неизвестното вещество X в епруветката и отбелязваме дълбочината H на потапяне на епруветката. След това изваждаме веществото X от епруветката и наливаме толкова вода, че дълбочината на потапяне H във втория експеримент да е точно същата като в първия експеримент. В този случай масата на водата mv в епруветката от втория опит е равна на масата mх на неизвестното вещество от първия опит: mv = mX

Плътността ρX на вещество X може да се изчисли с помощта на уравнението ρX=mX/VX = mВ/VX, за да намалим възможните грешки при измерване при определяне на дълбочината H на потапяне на епруветка, използваме следния метод.

Налейте вода в чашата, така че нивото й да е около 1 см под ръба. Зареждайки епруветката с неизвестно вещество X на малки порции, ще постигнем такава дълбочина на потапянето му, при която горният ръб на епруветката е на нивото на горния ръб на съда. Това положение на епруветката може да се определи с голяма точност с помощта на линийка, поставена на върха на чашата.

След като заменим неизвестното вещество с вода, ще постигнем точно същата дълбочина на потапяне на епруветката, като постепенно добавяме вода към нея.

Нека измерим височината h1 на нивото на водата в епруветката. Обемът на водата в епруветката е

VВ= Sh1, където S е площта на вътрешното напречно сечение на епруветката. Нека поставим неизвестното вещество, използвано по-рано в експеримента, в епруветка с вода и измерим височината на нивото на водата h2 в нея. Обемът на веществото Vx се изразява чрез площта S на вътрешното напречно сечение на епруветката и промяната на височината на нивото на водата h2 - h1 в епруветката, когато веществото се спусне във водата:

Плътността на материята ρX е равна на

ρX = mX/VX = mВ/VX = ρВVВ/VX=ρВSh1/(S(h2-h1)),

ρX = ρВh1/(h2-h1).

h1=3. 3 cm h2= 3,8 cm

ρX = 1000 kg/m3

ρX =1000kg/m3 3.3cm/(3.8cm-3.3cm)=3.3cm

1000 kg/m3 / 0,5 cm = 6,6 cm 1000 kg/m3 = 6600 kg/m3

Сравнявайки нашия резултат с табличните данни, можем да предположим, че неизвестното вещество е цинк.

Определяне на плътността на течности с различни концентрации

Цел: Определяне на плътността на разтвори на сол, захар и меден сулфат с различни концентрации. Създайте таблици въз основа на получените данни. Оборудване: Везна с тежести, епруветка (250 ml), алуминиева чаша.

Вещества: захар, сол, син витриол. Ход на работата: а) Разтвор на сол

За да получите разтвор с различна концентрация, трябва да добавите една чаена лъжичка (5,6 g) сол към водата. След всяка лъжица трябва да измерите теглото и обема на получения разтвор, като се има предвид, че m чаша \u003d 44,75 g.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Теглое скаларна физична величина, която характеризира инерционните и гравитационните свойства на телата.

Всяко тяло "се съпротивлява" на опит за промяна. Това свойство на телата се нарича инертност. Така например водачът не може незабавно да спре колата, когато види пешеходец, който внезапно изскача на пътя пред него. По същата причина е трудно да помръднете гардероб или диван. При еднакъв удар от околните тела едното тяло може бързо да промени скоростта си, а другото при същите условия много по-бавно. За второто тяло се казва, че е по-инертно или има по-голяма маса.

Така мярката за инерцията на тялото е неговата инерционна маса. Ако две тела взаимодействат едно с друго, тогава в резултат на това скоростта на двете тела се променя, т.е. в процеса на взаимодействие и двете тела придобиват .

Съотношението на модулите на ускорение на взаимодействащите тела е равно на обратното съотношение на техните маси:

Мярката за гравитационно взаимодействие е гравитационната маса.

Експериментално е установено, че инертната и гравитационната маса са пропорционални една на друга. Избирайки коефициент на пропорционалност, равен на единица, се говори за равенство на инертната и гравитационната маса.

В системата SI единицата за маса е кг.

Масата има следните свойства:

1. масата винаги е положителна;
2. масата на система от тела винаги е равна на сумата от масите на всяко от телата, включени в системата (свойство на адитивност);
3. в рамките на масата не зависи от природата и скоростта на тялото (свойство инвариантност);
4. масата на затворена система се запазва за всяко взаимодействие на телата на системата едно с друго (законът за запазване на масата).

Плътност на веществото

Плътността на тялото е масата на единица обем:

мерна единица плътност в системата SI kg/m .

Различните вещества имат различна плътност. Плътността на дадено вещество зависи от масата на атомите, от които е съставено, и от плътността на опаковане на атомите и молекулите в веществото. Колкото по-голяма е масата на атомите, толкова повече плътноствещества. В различни агрегатни състояния плътността на опаковане на атомите на дадено вещество е различна. В твърдите вещества атомите са много плътно опаковани, така че веществата в твърдо състояние имат най-висока плътност. В течно състояние плътността на веществото се различава незначително от плътността му в твърдо състояние, тъй като плътността на опаковката на атомите все още е висока. В газовете молекулите са слабо свързани една с друга и се отдалечават една от друга на дълги разстояния, плътността на опаковане на атомите в газообразно състояние е много ниска, следователно в това състояние веществата имат най-ниска плътност.

Въз основа на данните от астрономическите наблюдения ние определихме средната плътност на материята във Вселената, резултатите от изчисленията показват, че като цяло космическото пространство е изключително разредено. Ако „размажем“ материята по целия обем на нашата Галактика, тогава средната плътност на материята в нея ще бъде приблизително 0,000,000,000,000,000,000,000,000 5 g/cm 3 . Средната плътност на материята във Вселената е около шест атома на кубичен метър.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

ПРИМЕР 3