Всичко около нас се състои от различни вещества. Корабите и баните са построени от дърво, ютиите и детските легла са направени от желязо, гумите на колелата и гумите на моливите са направени от каучук. И различните предмети имат различно тегло - всеки от нас може лесно да пренесе сочен узрял пъпеш от пазара, но ще трябва да се поизпоти над тежест със същия размер.

Всички си спомнят известния виц: „Кое е по-тежко? 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 при еднакъв размер? Или обратното, едно и също тегло с 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 учи в седми клас.

Плътност на веществото: 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 е 900 kg/m3, поради което ледът е по-лек и е на върха на резервоарите през зимата. Тоест какво ни показва плътността на материята в този случай? Плътност на леда от 900 kg/m3 означава, че кубче лед със страна 1 метър тежи 900 kg. А формулата за определяне на плътността на дадено вещество е следната: плътност = маса/обем. Величините, включени в този израз, се означават по следния начин: маса - m, обем на тялото - V, а плътността се обозначава с буквата ρ (гръцката буква "rho"). 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 телесния обем 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 стойност като грамове 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 =1000kg/m^3. Трябва също да се помни, че плътността на веществото е различна в различните агрегатни състояния. Тоест в твърда, течна или газообразна форма. 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 знаем, произлиза 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 стопи. 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 нашето съществуване.

§ 9. Каква е плътността на материята?

Какво имат предвид, когато казват: тежък като олово или лек като пера? 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 намерите тела, които имат еднакъв обем, но различни маси. Например домат и малка топка. И в магазина има голям избор от стоки, които имат равни маси, но се различават по обем, например пакет масло и пакет царевични пръчици. От това следва, че телата с еднаква маса могат да имат различни обеми, а телата с еднакъв обем могат да се различават по маса. Това означава, че има определено физическо количество, което свързва и двете характеристики. Това количество беше наречено плътност (означава се с буквата от гръцката азбука ρ - rho).

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

Плътността на веществото не винаги трябва да се изчислява. И така, за измерване на плътността на течността има устройство - хидрометър. Потапя се 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 везни, t = 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 фрагмент от минерал.

Малко история.Именно по този начин известният Архимед хванал в лъжа бижутера от Сиракуза, който направил корона не от чисто злато за цар Херон 250 години пр. н. е. Плътността на материала на короната се оказа по-малка от плътността на златото. Бижутерът нямаше представа за разкритието, тъй като формата на короната беше невероятно сложна.

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

От таблицата, дадена в тетрадката за работилница, става ясно, че най-ниска плътност имат веществата в газообразно състояние; най-големият - вещества в твърдо състояние. Това се обяснява с факта, че молекулите в газовете са разположени далеч една от друга, а молекулите в твърди вещества- 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 взаимното им разположение. Плътността на веществото може да се изчисли, като се знае неговата маса и обем на тялото. За измерване на плътността на течностите има устройство, наречено 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 уред може да определи плътността на течност? Как се изгражда?

4. Използвайки таблицата за плътност на веществата, определете плътността на: 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) бензинов филм плува върху повърхността на локва;

в) по-лесно е човек да плува морска водаотколкото в пресни?

Цел на урока: изучаване на нова физическа величина „плътност на материята“.

План на урока

1. Организиране на времето.
2. Актуализиране на знанията.
3. Анализ на текста на учебника, идентифициране на доминиращи елементи от знанията, писмени отговори на въпроси.
4. Проверка на усвояването на електронните знания по реда на тяхната логическа последователност.
5. Обобщение на урока.
6. Домашна работа.

Как се сравняват масите на телата в покой преди взаимодействие въз основа на получените скорости?

Каква е единицата за маса?

Как се определя телесното тегло?

Учениците самостоятелно изучават материала от учебника и дават писмени отговори на въпроси в тетрадките си.

Въпроси към DEZ	Източник на знания
1. Какво може да се каже за масите на тела, изградени от различни вещества с еднакъв обем?	А.В. Перишкин, Н.А.Родина. Учебник по физика за 7 клас. с. 48	Тела с еднакъв обем и съставени от различни вещества имат еднакви маси.
2. Какво обяснява, че телата, направени от различни вещества, имат различни маси при еднакъв обем?	с. 48	Това се обяснява с факта, че различните тела имат различна плътност.
3. Формула за плътност.	с. 49
4. Как се нарича плътността на веществото?	с. 49	Плътността е физична величина, равна на отношението на масата на тялото към неговия обем.
5. Какъв е физическият смисъл на плътността на материята?	с. 49	Плътността показва колко маса се съдържа в единица обем.
6. Каква е единицата за плътност?	с. 49	Единицата за плътност е плътността, при която единица обем съдържа единица маса на веществото.
7. Какво е SI единица за плътност?	с. 49	SI единицата за плътност е плътността, когато един кубичен метър вещество съдържа един килограм маса.
8. Получете името на единицата за плътност.	с. 49
9. Получете обозначението на единицата за плътност.
10. Изведете формулата за изчисляване на телесната маса от формулата за плътността на веществото.	с. 52
11. Изведете от формулата за плътността на веществото формулата за изчисляване на обема на тялото.	с. 53
12. Защо трябва да знаете плътността на веществото?	с. 52	Плътността на дадено вещество трябва да се знае за различни практически цели. Инженерът, когато създава машина, може предварително да изчисли масата на частите на бъдещата машина въз основа на плътността и обема на материала. Строителят може да определи каква ще бъде масата на строящата се сграда и т.н.

Учителят извиква ученика на дъската, взема тетрадката му с въпроси, проверява дали има отговори и задава въпроси от тетрадката по ред.

Учителят задава няколко от най-важните въпроси от тетрадката ECD по темата.

В много отрасли, както и в строителството и селското стопанство, се използва понятието „плътност на материала“. Това е изчислено количество, което е съотношението на масата на веществото към обема, който то заема. Познавайки този параметър, например за бетон, строителите могат да изчислят необходимото количество при изливане на различни стоманобетонни конструкции: строителни блокове, тавани, монолитни стени, колони, защитни саркофази, плувни басейни, шлюзове и други обекти.

Как да определите плътността

Важно е да се отбележи, че когато определяте плътността на строителните материали, можете да използвате специални референтни таблици, които дават тези стойности за различни вещества. Разработени са и изчислителни методи и алгоритми, които позволяват да се получат такива данни на практика, ако няма достъп до референтни материали.

Плътността се определя от:

• течни тела с устройство за хидрометър (например добре познатия процес на измерване на параметрите на електролита на автомобилна батерия);
• твърди и течни вещества, използвайки формула с известни първоначални данни за маса и обем.

Всички независими изчисления, разбира се, ще имат неточности, тъй като е трудно да се определи надеждно обемът, ако тялото има неправилна форма.

Грешки в измерванията на плътността

• Грешката е системна. Той се появява постоянно или може да се променя по определен закон в процеса на няколко измервания на един и същ параметър. Свързани с грешката на скалата на инструмента, ниската чувствителност на устройството или степента на точност на изчислителните формули. Така например, чрез определяне на телесната маса с помощта на тежести и пренебрегване на ефекта на плаващата сила, данните се получават приблизителни.
• Грешката е случайна. Причинява се от входящи причини и има различно влияние върху достоверността на определяните данни. Промяна на температурата заобикаляща среда, атмосферно налягане, вибрации в помещението, невидима радиация и вибрации на въздуха - всичко това се отразява в измерванията. Невъзможно е напълно да се избегне подобно влияние.

• Грешка при закръгляването на стойностите. При получаване на междинни данни при изчисляване на формули числата често имат много значещи цифри след десетичната запетая. Необходимостта от ограничаване на броя на тези знаци предполага появата на грешка. Тази неточност може да бъде частично намалена, като в междинните изчисления се оставят няколко порядъка повече числа, отколкото се изисква за крайния резултат.
• Грешки (пропуски) поради небрежност възникват поради грешни изчисления, неправилно включване на границите на измерване или устройството като цяло и нечетливост на контролните записи. Данните, получени по този начин, могат да се различават рязко от извършените по подобен начин изчисления. Следователно те трябва да бъдат премахнати и работата да се извърши отново.

Измерване на истинска плътност

Когато разглеждате плътността на строителния материал, трябва да вземете предвид истинската му стойност. Тоест, когато структурата на вещество с единица обем не съдържа черупки, кухини и чужди включвания. На практика няма абсолютна еднородност, когато например бетонът се излее във форма. За да се определи неговата реална якост, която пряко зависи от плътността на материала, се извършват следните операции:

• Структурата се раздробява до прахообразно състояние. На този етап порите се отстраняват.
• Изсушете при температури над 100 градуса и отстранете останалата влага от пробата.
• Охлажда се до стайна температура и се прекарва през фино сито с размер на отворите 0,20 х 0,20 mm, което придава еднородност на праха.
• Получената проба се претегля на високопрецизна електронна везна. Обемът се изчислява в обемен метър чрез потапяне в течна структура и измерване на изместената течност (пикнометричен анализ).

Изчислението се извършва по формулата:

където m е масата на пробата в g;

V е стойността на обема в cm3.

Често е приложимо измерване на плътността в kg/m 3 .

Средна плътност на материала

За да определите как се държат строителните материали при реални условия на работа под въздействието на влага, положителни и отрицателни температури и механични натоварвания, трябва да използвате средната плътност. Той характеризира физическото състояние на материалите.

Ако истинската плътност е постоянна стойност и зависи само от химичния състав и структурата на кристалната решетка на веществото, тогава средната плътност се определя от порьозността на структурата. Той представлява съотношението на масата на материала в хомогенно състояние към обема на заеманото пространство при естествени условия.

Средната плътност дава на инженера представа за механичната якост, скоростта на абсорбиране на влага, коефициента на топлопроводимост и други важни фактори, използвани при изграждането на елементите.

Концепцията за обемна плътност

Въведен за анализ на насипни строителни материали (пясък, чакъл, експандирана глина и др.). Показателят е важен за изчисляване на рентабилното използване на определени компоненти на строителна смес. Той показва отношението на масата на веществото към обема, който то заема в състояние на рохкава структура.

Например, ако са известни гранулираната форма на материала и средната плътност на зърната, тогава е лесно да се определи параметърът на празнотата. При производството на бетон е по-препоръчително да се използва пълнител (чакъл, натрошен камък, пясък), който има по-малка порьозност на сухото вещество, тъй като за запълването му ще се използва основният циментов материал, което ще увеличи разходите.

Индикатори за плътност на някои материали

Ако вземем изчислените данни от някои таблици, тогава в тях:

• материали, съдържащи калциеви, силициеви и алуминиеви оксиди, варират от 2400 до 3100 kg на m 3.
• Дървесни видове на целулозна основа - 1550 кг на м 3.
• Органични вещества (въглерод, кислород, водород) - 800-1400 kg на m 3.
• Метали: стомана - 7850, алуминий - 2700, олово - 11300 kg на m 3.

При модерни технологииПри строителството на сгради показателят за плътност на материала е важен от гледна точка на здравината на носещите конструкции. Всички топлоизолационни и влагоизолационни функции се изпълняват от материали с ниска плътност със затворена клетъчна структура.

Плътност- физическо количество, характеризиращо физичните свойства на веществото, което е равно на съотношението на масата на тялото към обема, зает от това тяло.

Плътността (плътността на хомогенно тяло или средната плътност на разнородното тяло) може да се изчисли по формулата:

[ρ] = kg/m³; [m] = kg; [V] = m³.

Където м- телесна маса, V- неговия обем; формулата е просто математическа нотация за определението на термина "плътност".

Всички вещества се състоят от молекули, следователно масата на всяко тяло се състои от масите на неговите молекули. Това е подобно на това как масата на торба с бонбони е сумата от масите на всички бонбони в торбата. Ако всички бонбони са еднакви, тогава масата на торба с бонбони може да се определи чрез умножаване на масата на един бонбон по броя на бонбоните в торбата.

Молекулите на едно чисто вещество са идентични. Следователно масата на капка вода е равна на произведението от масата на една водна молекула и броя на молекулите в капката.

Плътността на дадено вещество показва каква е масата на 1 m³ от това вещество.

Плътността на водата е 1000 kg/m³, което означава, че масата на 1 m³ вода е 1000 kg. Това число може да се получи чрез умножаване на масата на една водна молекула по броя на молекулите, съдържащи се в 1 m³ от нейния обем.
Плътността на леда е 900 kg/m³, което означава, че масата на 1 m³ лед е 900 kg.
Понякога се използва единицата за плътност g/cm³, така че можем да кажем и товамасата на 1 cm³ лед е 0,9 g.

Всяко вещество заема определен обем. И може да се окаже, че обемите на двете тела са равни, а масите им са различни. В този случай те казват, че плътността на тези вещества е различна.

Също когато масите на две тела са равнитехните обеми ще бъдат различни. Например обемът на леда е почти 9 пъти по-голям от обема на железен прът.

Плътността на веществото зависи от неговата температура.

С повишаване на температурата плътността обикновено намалява. Това се дължи на топлинно разширение, когато обемът се увеличава, докато масата остава непроменена.

С понижаване на температурата плътността се увеличава. Въпреки че има вещества, чиято плътност се държи различно в определен температурен диапазон. Например вода, бронз, чугун. По този начин плътността на водата има максимална стойност при 4 °C и намалява както с повишаване, така и с намаляване на температурата спрямо тази стойност.

Когато агрегатното състояние се промени, плътността на веществото се променя рязко: плътността се увеличава по време на прехода от газообразно състояние към течност и когато течността се втвърди. Вода, силиций, бисмут и някои други вещества са изключения от това правило, тъй като тяхната плътност намалява при втвърдяване.

Разрешаване на проблем

Задача No1.
Правоъгълна метална пластина с дължина 5 cm, ширина 3 cm и дебелина 5 mm има маса 85 g. От какъв материал може да бъде направена?

Анализ на физически проблем.За да се отговори на поставения въпрос, е необходимо да се определи плътността на веществото, от което е направена плочата. След това, като използвате таблицата за плътност, определете на кое вещество съответства намерената стойност на плътността. Този проблем може да бъде решен в тези единици (т.е. без преобразуване в SI).

Задача No2.
Медна топка с обем 200 cm 3 има маса 1,6 kg. Определете дали тази топка е плътна или празна. Ако топката е празна, определете обема на кухината.

Анализ на физически проблем.Ако обемът на медта е по-малък от обема на сферата V мед

Задача No3.
Туба, която побира 20 kg вода, се пълни с бензин. Определете масата на бензина в тубата.

Анализ на физически проблем.За да определим масата на бензина в туба, трябва да намерим плътността на бензина и вместимостта на тубата, която е равна на обема на водата. Обемът на водата се определя от нейната маса и плътност. Намираме плътността на водата и бензина в таблицата. По-добре е да решите задачата в единици SI.

Задача No4.
Направена е сплав от 800 cm 3 калай и 100 cm 3 олово. Каква е неговата плътност? Какво е масовото съотношение на калай и олово в сплавта?