Ajutor pe Tele2, tarife, intrebari

Totul în jurul nostru este format din diferite substanțe. Navele și băile sunt construite din lemn, fiarele și pătuțurile din fier, cauciucurile pe roți și radierele pe creioane sunt din cauciuc. Și diferite obiecte au greutăți diferite - oricare dintre noi poate căra cu ușurință un pepene galben copt de pe piață, dar va trebui să transpirăm peste o greutate de aceeași dimensiune.

Toată lumea își amintește de celebra glumă: „Care este mai greu? Un kilogram de unghii sau un kilogram de puf? Nu ne vom mai îndrăgi de acest truc copilăresc, știm că greutatea ambelor va fi aceeași, dar volumul va fi semnificativ diferit. Deci de ce se întâmplă asta? De ce corpuri și substanțe diferite au greutăți diferite cu aceeași dimensiune? Sau invers, aceeași greutate cu dimensiuni diferite? Evident, există o caracteristică datorită căreia substanțele sunt atât de diferite unele de altele. În fizică, această caracteristică se numește densitatea materiei și este predată în clasa a șaptea.

Densitatea unei substanțe: definiție și formulă

Definiția densității unei substanțe este următoarea: densitatea arată care este masa unei substanțe într-o unitate de volum, de exemplu, într-un metru cub. Deci, densitatea apei este de 1000 kg/m3, iar gheața este de 900 kg/m3, motiv pentru care gheața este mai ușoară și se află deasupra rezervoarelor iarna. Adică ce ne arată densitatea materiei în acest caz? O densitate a gheții de 900 kg/m3 înseamnă că un cub de gheață cu laturile de 1 metru cântărește 900 kg. Iar formula pentru determinarea densității unei substanțe este următoarea: densitate = masa/volum. Cantitățile incluse în această expresie sunt desemnate după cum urmează: masa - m, volumul corpului - V, iar densitatea este desemnată prin litera ρ (litera greacă „rho”). Și formula poate fi scrisă după cum urmează:

Cum se află densitatea unei substanțe

Cum se găsește sau se calculează densitatea unei substanțe? Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți volumul și greutatea corporală. Adică, măsurăm substanța, o cântărim și apoi pur și simplu substituim datele obținute în formulă și găsim valoarea de care avem nevoie. Și modul în care se măsoară densitatea unei substanțe este clar din formulă. Se măsoară în kilograme pe metru cub. Uneori folosesc și o valoare precum gramele pe centimetru cub. Convertirea unei valori în alta este foarte simplă. 1 g = 0,001 kg și 1 cm3 = 0,000001 m3. În consecință, 1 g/(cm)^3 =1000kg/m^3. De asemenea, trebuie amintit că densitatea unei substanțe este diferită în diferite stări de agregare. Adică sub formă solidă, lichidă sau gazoasă. Densitatea solidelor este cel mai adesea mai mare decât densitatea lichidelor și mult mai mare decât densitatea gazelor. Poate că o excepție foarte utilă pentru noi este apa, care, așa cum am considerat deja, cântărește mai puțin în stare solidă decât în ​​stare lichidă. Din cauza acestei caracteristici ciudate a apei este posibilă viața pe Pământ. Viața de pe planeta noastră, după cum știm, provine din oceane. Și dacă apa s-ar comporta ca toate celelalte substanțe, atunci apa din mări și oceane ar îngheța, gheața, fiind mai grea decât apa, s-ar scufunda în fund și s-ar afla acolo fără să se topească. Și numai la ecuator, într-o mică coloană de apă, viața ar exista sub forma mai multor specii de bacterii. Așa că putem să-i mulțumim apei pentru existența noastră.

Studiul densității substanțelor începe la un curs de fizică de liceu. Acest concept este considerat fundamental în prezentarea ulterioară a fundamentelor teoriei cinetice moleculare în cursurile de fizică și chimie. Scopul studierii structurii materiei și al metodelor de cercetare poate fi presupus a fi formarea de idei științifice despre lume.

Fizica oferă idei inițiale despre o imagine unificată a lumii. Clasa a VII-a studiază densitatea materiei pe baza celor mai simple idei despre metodele de cercetare, aplicarea practică a conceptelor și formulelor fizice.

Metode de cercetare fizică

După cum se știe, observația și experimentul se disting printre metodele de studiu a fenomenelor naturale. Ei învață cum să observăm fenomenele naturale în școala elementară: fac măsurători simple și țin adesea un „Calendar al naturii”. Aceste forme de învățare pot conduce copilul la nevoia de a studia lumea, de a compara fenomenele observate și de a identifica relațiile cauză-efect.

Cu toate acestea, doar un experiment realizat pe deplin îi va oferi tânărului cercetător instrumentele pentru a descoperi secretele naturii. Dezvoltarea abilităților experimentale și de cercetare se realizează în cadrul orelor practice și în timpul lucrului de laborator.

Efectuarea unui experiment într-un curs de fizică începe cu definițiile unor astfel de mărimi fizice precum lungimea, suprafața, volumul. În acest caz, se stabilește o legătură între cunoștințele matematice (destul de abstracte pentru un copil) și cele fizice. Apelarea la experiența copilului și luarea în considerare a faptelor cunoscute de acesta de mult timp din punct de vedere științific contribuie la formarea competenței necesare în el. Scopul învățării în acest caz este dorința de a înțelege în mod independent lucruri noi.

Studiu de densitate

În conformitate cu metoda de predare bazată pe probleme, la începutul lecției poți întreba binecunoscuta ghicitoare: „Ce este mai greu: un kilogram de puf sau un kilogram de fontă?” Desigur, copiii de 11-12 ani pot răspunde cu ușurință la întrebarea pe care o cunosc. Dar revenind la esența problemei, capacitatea de a-și dezvălui particularitatea, duce la conceptul de densitate.

Densitatea unei substanțe este masa pe unitatea de volum. Tabelul, dat de obicei în manuale sau publicații de referință, vă permite să evaluați diferențele dintre substanțe, precum și stările agregate ale unei substanțe. O indicație a diferenței în proprietățile fizice ale solidelor, lichidelor și gazelor, discutată mai devreme, o explicație a acestei diferențe nu numai în structura și aranjarea relativă a particulelor, ci și în exprimarea matematică a caracteristicilor materiei, ia studiul. de fizică la un alt nivel.

Un tabel al densității substanțelor vă permite să consolidați cunoștințele despre semnificația fizică a conceptului studiat. Un copil, dând un răspuns la întrebarea: „Ce înseamnă densitatea unei anumite substanțe?”, înțelege că aceasta este masa de 1 cm 3 (sau 1 m 3) a substanței.

Problema unităților de densitate poate fi pusă deja în această etapă. Este necesar să se ia în considerare modalități de conversie a unităților de măsură în diferite sisteme de referință. Acest lucru face posibilă scăparea de gândirea statică și acceptarea altor sisteme de calcul în alte chestiuni.

Determinarea densității

Desigur, studiul fizicii nu poate fi complet fără rezolvarea problemelor. În această etapă sunt introduse formule de calcul. la fizica de clasa a 7-a, aceasta este probabil prima relație fizică de cantități pentru copii. O atenție deosebită i se acordă nu numai studiului conceptelor de densitate, ci și datorită faptului de a preda metodele de rezolvare a problemelor.

În această etapă se stabilește un algoritm pentru rezolvarea unei probleme fizice de calcul, o ideologie pentru aplicarea formulelor de bază, definițiilor și legilor. Profesorul încearcă să predea analiza unei probleme, metoda de căutare a necunoscutului și particularitățile utilizării unităților de măsură prin utilizarea unei relații precum formula densității în fizică.

Exemplu de rezolvare a problemelor

Exemplul 1

Determinați din ce substanță este alcătuit un cub cu o masă de 540 g și un volum de 0,2 dm 3.

ρ -? m = 540 g, V = 0,2 dm 3 = 200 cm 3

Analiză

Pe baza întrebării problemei, înțelegem că un tabel cu densitățile solidelor ne va ajuta să stabilim materialul din care este făcut cubul.

Prin urmare, determinăm densitatea substanței. În tabele, această valoare este dată în g/cm 3, astfel încât volumul din dm 3 este convertit în cm 3.

Soluţie

Prin definiție: ρ = m: V.

Ni se dau: volumul, masa. Densitatea unei substanțe poate fi calculată:

ρ = 540 g: 200 cm 3 = 2,7 g/cm 3, ceea ce corespunde aluminiului.

Răspuns: Cubul este realizat din aluminiu.

Determinarea altor cantități

Utilizarea formulei pentru calcularea densității vă permite să determinați alte mărimi fizice. Masa, volumul, dimensiunile liniare ale corpurilor asociate cu volumul sunt ușor de calculat în probleme. Cunoașterea formulelor matematice pentru determinarea ariei și volumului figurilor geometrice este utilizată în probleme, ceea ce ajută la explicarea necesității studierii matematicii.

Exemplul 2

Determinați grosimea stratului de cupru cu care este acoperită o parte cu o suprafață de 500 cm 2, dacă se știe că s-au folosit 5 g de cupru pentru acoperire.

h -? S = 500 cm 2, m = 5 g, ρ = 8,92 g/cm 3.

Analiză

Tabelul cu densitatea substanței vă permite să determinați densitatea cuprului.

Să folosim formula pentru calcularea densității. Această formulă conține volumul substanței, din care se pot determina dimensiunile liniare.

Soluţie

Prin definiție: ρ = m: V, dar această formulă nu conține valoarea dorită, așa că folosim:

Înlocuind în formula principală, obținem: ρ = m: Sh, din care:

Să calculăm: h = 5 g: (500 cm 2 x 8,92 g/cm 3) = 0,0011 cm = 11 microni.

Răspuns: grosimea stratului de cupru este de 11 microni.

Determinarea experimentală a densității

Natura experimentală a științei fizice este demonstrată prin experimente de laborator. În această etapă, sunt dobândite abilitățile de a efectua un experiment și de a explica rezultatele acestuia.

O sarcină practică de determinare a densității unei substanțe include:

• Determinarea densității lichidului. În această etapă, copiii care au folosit anterior un cilindru gradat pot determina cu ușurință densitatea unui lichid folosind formula.
• Determinarea densității unui corp solid de formă regulată. De asemenea, această sarcină nu este pusă la îndoială, deoarece au fost deja luate în considerare probleme similare de calcul și s-a acumulat experiență în măsurarea volumelor pe baza dimensiunilor liniare ale corpurilor.
• Determinarea densității unui solid de formă neregulată. Când îndeplinim această sarcină, folosim metoda de determinare a volumului unui corp de formă neregulată folosind un pahar. Merită să ne amintim încă o dată caracteristicile acestei metode: capacitatea unui solid de a deplasa un lichid al cărui volum este egal cu volumul corpului. Problema este apoi rezolvată în mod standard.

Sarcini avansate

Puteți complica sarcina cerând copiilor să identifice substanța din care este făcut corpul. Tabelul de densitate a substanțelor utilizate în acest caz ne permite să atragem atenția asupra necesității capacității de a lucra cu informații de referință.

La rezolvarea problemelor experimentale, elevilor li se cere să aibă cunoștințele necesare în domeniul utilizării și conversiei unităților de măsură. Acesta este adesea ceea ce cauzează cel mai mare număr de erori și omisiuni. Poate că ar trebui alocat mai mult timp acestei etape de studiere a fizicii, vă permite să comparați cunoștințele și experiența de cercetare;

Densitate în vrac

Studiul materiei pure este, desigur, interesant, dar cât de des se găsesc substanțe pure? În viața de zi cu zi întâlnim amestecuri și aliaje. Cum să fii în acest caz? Conceptul de densitate în vrac va împiedica elevii să facă greșeala comună de a folosi densitățile medii de substanțe.

Este extrem de necesar să se clarifice această problemă pentru a oferi posibilitatea de a vedea și de a simți diferența dintre densitatea unei substanțe și densitatea în vrac merită în stadiile incipiente. Înțelegerea acestei diferențe este necesară în continuarea studiilor fizicii.

Această diferență este extrem de interesantă în cazul Permiterea unui copil să studieze densitatea în vrac în funcție de compactarea materialului și de dimensiunea particulelor individuale (pietriș, nisip, etc.) în timpul activităților inițiale de cercetare.

Densitatea relativă a substanțelor

Compararea proprietăților diferitelor substanțe este destul de interesantă pe baza densității relative a unei substanțe - una dintre astfel de cantități.

De obicei, densitatea relativă a unei substanțe este determinată în raport cu apa distilată. Ca raport dintre densitatea unei substanțe date și densitatea standardului, această valoare este determinată cu ajutorul unui picnometru. Dar această informație nu este folosită într-un curs de știință școlar, este interesantă pentru studiu aprofundat (cel mai adesea opțional).

Nivelul Olimpiadei de studiere a fizicii și chimiei poate atinge, de asemenea, conceptul de „densitate relativă a unei substanțe în raport cu hidrogenul”. De obicei se aplică gazelor. Pentru a determina densitatea relativă a unui gaz, găsiți raportul dintre masa molară a gazului studiat și utilizarea nu este exclus.

Este furnizat un tabel cu densitatea lichidelor la diferite temperaturi și presiune atmosferică pentru cele mai comune lichide. Valorile densității din tabel corespund temperaturilor indicate; este permisă interpolarea datelor.

Multe substanțe sunt capabile să fie în stare lichidă. Lichidele sunt substanțe de diverse origini și compoziții care au fluiditate și sunt capabile să își schimbe forma sub influența anumitor forțe. Densitatea unui lichid este raportul dintre masa unui lichid și volumul pe care îl ocupă.

Să ne uităm la exemple de densitate a unor lichide. Prima substanță care vă vine în minte când auzi cuvântul „lichid” este apa. Și acest lucru nu este deloc întâmplător, deoarece apa este cea mai comună substanță de pe planetă și, prin urmare, poate fi considerată un ideal.

Egal cu 1000 kg/m 3 pentru apa distilată și 1030 kg/m 3 pentru apa de mare. Deoarece această valoare este strâns legată de temperatură, este de remarcat faptul că această valoare „ideală” a fost obținută la +3,7°C. Densitatea apei clocotite va fi puțin mai mică - este egală cu 958,4 kg/m 3 la 100°C. Când lichidele sunt încălzite, densitatea lor scade de obicei.

Densitatea apei este similară ca valoare cu diferite produse alimentare. Acestea sunt produse precum: soluție de oțet, vin, smântână 20% și smântână 30%. Unele produse se dovedesc a fi mai dense, de exemplu, gălbenușul de ou - densitatea sa este de 1042 kg/m3. Următoarele sunt mai dense decât apa: sucul de ananas - 1084 kg/m3, suc de struguri - până la 1361 kg/m3, sucul de portocale - 1043 kg/m3, Coca-Cola și bere - 1030 kg/m3.

Multe substanțe sunt mai puțin dense decât apa. De exemplu, alcoolii sunt mult mai usori decat apa. Deci densitatea este de 789 kg/m3, butil - 810 kg/m3, metil - 793 kg/m3 (la 20°C). Anumite tipuri de combustibil și ulei au valori și mai mici de densitate: ulei - 730-940 kg/m3, benzină - 680-800 kg/m3. Densitatea kerosenului este de aproximativ 800 kg/m3, - 879 kg/m3, păcură - până la 990 kg/m3.

Indicatorii de densitate scăzută sunt caracterizați prin lichide precum: terebentină 870 kg/m 3,

Corpurile din jurul nostru sunt formate din diverse substanțe: fier, lemn, cauciuc etc. Masa oricărui corp depinde nu numai de mărimea sa, ci și de substanța din care constă. Corpurile de același volum, formate din substanțe diferite, au mase diferite. De exemplu, după ce am cântărit doi cilindri din substanțe diferite - aluminiu și plumb, vom vedea că masa cilindrului de aluminiu este mai mică decât masa cilindrului de plumb.

În același timp, corpurile cu aceleași mase, formate din substanțe diferite, au volume diferite. Astfel, o bară de fier care cântărește 1 tonă ocupă un volum de 0,13 m3, iar gheața cu o greutate de 1 tonă ocupă un volum de 1,1 m3. Volumul gheții este de aproape 9 ori mai mare decât volumul unei bare de fier. Adică diferite substanțe pot avea densități diferite.

Rezultă că corpurile cu același volum, formate din substanțe diferite, au mase diferite.

Densitatea arată masa unei substanțe luate într-un anumit volum. Adică, dacă se cunosc masa unui corp și volumul acestuia, se poate determina densitatea. Pentru a afla densitatea unei substanțe, trebuie să împărțiți masa corpului la volumul său.

Densitatea aceleiași substanțe în stare solidă, lichidă și gazoasă este diferită.

Densitățile unor solide, lichide și gaze sunt date în tabele.

Densitățile unor solide (la presiunea atmosferică normală, t = 20 ° C).

Densitățile unor lichide (la presiunea atmosferică normală t = 20 ° C).

Cum se face că corpurile care ocupă același volum în spațiu pot avea mase diferite? Totul tine de densitatea lor. Cu acest concept ne familiarizăm deja în clasa a VII-a, în primul an de predare a fizicii la școală. Este un concept fizic de bază care poate deschide MKT (teoria cinetică moleculară) pentru o persoană nu numai la un curs de fizică, ci și la chimie. Cu ajutorul ei, o persoană poate caracteriza orice substanță, fie că este apă, lemn, plumb sau aer.

Tipuri de densitate

Deci, aceasta este o mărime scalară care este egală cu raportul dintre masa substanței studiate și volumul său, adică poate fi numită și greutate specifică. Este desemnată cu litera greacă „ρ” (citită ca „rho”), care nu trebuie confundată cu „p” - această literă este de obicei folosită pentru a desemna presiune.

Cum să găsiți densitatea în fizică? Utilizați formula densității: ρ = m/V

Această valoare poate fi măsurată în g/l, g/m3 și, în general, în orice unități legate de masă și volum. Care este unitatea SI a densității? ρ = [kg/m3]. Conversia între aceste unități se realizează prin operații matematice elementare. Cu toate acestea, unitatea de măsură SI este cea mai utilizată.

Pe lângă formula standard, folosită doar pentru solide, există și o formulă pentru gaz în condiții normale (n.s.).

ρ (gaz) = ​​M/Vm

M este masa molară a gazului [g/mol], Vm este volumul molar al gazului (în condiții normale această valoare este de 22,4 l/mol).

Pentru a defini mai pe deplin acest concept, merită să clarificăm exact ce înseamnă cantitatea.

• Densitatea corpurilor omogene este tocmai raportul dintre masa unui corp și volumul său.
• Există și conceptul de „densitate de substanță”, adică densitatea unui corp neomogen omogen sau uniform distribuit format din această substanță. Această valoare este constantă. Există tabele (pe care probabil le-ați folosit la lecțiile de fizică) care conțin valori pentru diferite substanțe solide, lichide și gazoase. Deci, această cifră pentru apă este de 1000 kg/m3. Cunoscând această valoare și, de exemplu, volumul băii, putem determina masa de apă care se va încadra în ea prin înlocuirea valorilor cunoscute în forma de mai sus.
• Cu toate acestea, nu toate substanțele sunt omogene. Pentru astfel de oameni, a fost creat termenul „densitate medie a corpului”. Pentru a obține această valoare, este necesar să aflați separat ρ-ul fiecărei componente a unei substanțe date și să calculați valoarea medie.

Corpurile poroase și granulare, printre altele, au:

• Densitatea adevărată, care este determinată fără a lua în considerare golurile din structură.
• Densitatea specifică (aparentă), care poate fi calculată împărțind masa unei substanțe la întregul volum pe care îl ocupă.

Aceste două cantități sunt legate între ele prin coeficientul de porozitate - raportul dintre volumul golurilor (porilor) și volumul total al corpului studiat.

Densitatea substanțelor poate depinde de o serie de factori, iar unii dintre aceștia pot crește simultan această valoare pentru unele substanțe și o pot scădea pentru altele. De exemplu, la temperaturi scăzute această valoare crește de obicei, cu toate acestea, există o serie de substanțe a căror densitate se comportă anormal într-un anumit interval de temperatură. Aceste substanțe includ fonta, apa și bronzul (un aliaj de cupru și staniu).

De exemplu, ρ de apă are cea mai mare valoare la o temperatură de 4 °C, iar apoi în raport cu această valoare se poate modifica atât în ​​timpul încălzirii, cât și în timpul răcirii.

De asemenea, este de spus că atunci când o substanță trece dintr-un mediu în altul (solid-lichid-gazos), adică atunci când starea de agregare se modifică, și ρ își schimbă valoarea și o face în salturi: crește în timpul trecerii de la gaz la lichid și în timpul cristalizării lichidului . Cu toate acestea, există și aici o serie de excepții. De exemplu, bismutul și siliciul au o valoare mică în solidificare. Un fapt interesant: atunci când apa se cristalizează, adică atunci când se transformă în gheață, își reduce și performanța și de aceea gheața nu se scufundă în apă.

Cum se calculează cu ușurință densitatea diferitelor corpuri

Vom avea nevoie de următoarele echipamente:

• Cântare.
• Centimetru (măsurare), dacă corpul studiat este în stare solidă de agregare.
• Balon cotat, dacă substanța testată este lichidă.

În primul rând, măsurăm volumul corpului studiat folosind un balon centimetru sau cotat. În cazul lichidului, pur și simplu ne uităm la scara existentă și notăm rezultatul. Pentru o grindă de lemn cubică, aceasta va fi, în consecință, egală cu valoarea laterală ridicată la a treia putere. După ce ați măsurat volumul, puneți corpul în studiu pe cântar și notați valoarea masei. Important! Dacă examinați un lichid, nu uitați să țineți cont de masa vasului în care este turnată substanța examinată. Înlocuim valorile obținute experimental în formula descrisă mai sus și calculăm indicatorul dorit.

Trebuie spus că acest indicator pentru diferite gaze este mult mai dificil de calculat fără instrumente speciale, prin urmare, dacă aveți nevoie de valorile acestora, este mai bine să utilizați valori gata făcute din tabelul densităților substanțelor.

De asemenea, se folosesc instrumente speciale pentru măsurarea acestei valori:

• Picnometrul arată densitatea reală.
• Hidrometrul este conceput pentru a măsura acest indicator în lichide.
• Burghiul lui Kaczynski și burghiul lui Seidelman sunt dispozitive cu care se examinează solurile.
• Un densimetru al vibrațiilor este utilizat pentru a măsura o anumită cantitate de lichid și diferite gaze sub presiune.