CRYSTAL PHYSICS

FIZIČKA SVOJSTVA KRISTALA

Gustina

Gustina je fizička veličina određena za homogenu tvar masom njene jedinične zapremine. Za nehomogenu supstancu, gustina u određenoj tački se izračunava kao granica odnosa mase tela (m) i zapremine (V) kada se zapremina skuplja do te tačke. Prosječna gustina nehomogene supstance je omjer m/V.

Gustoća tvari ovisi o masi atomi, od kojih se sastoji, te o gustoći pakiranja atoma i molekula u tvari. Što je veća masa atoma, veća je i gustina.

Ali, ako razmotrimo istu tvar u različitim agregatnim stanjima, tada ćemo vidjeti da će njena gustina biti različita!

Čvrsto tijelo je stanje agregacije materije, karakterizirano stabilnošću oblika i prirodom toplinskog kretanja atoma, koji stvaraju male vibracije oko ravnotežnih položaja. Kristale karakterizira prostorna periodičnost u rasporedu ravnotežnih položaja atoma. U amorfnim tijelima, atomi vibriraju oko nasumično lociranih tačaka. Prema klasičnim konceptima, stabilno stanje (sa minimumom potencijalne potencijalne energije) čvrstog tijela je kristalno stanje. Amorfno tijelo je u metastabilnom stanju i s vremenom mora prijeći u kristalno stanje, ali vrijeme kristalizacije je često toliko dugo da se metastabilnost uopće ne manifestira.

Atomi su međusobno snažno povezani i veoma gusto zbijeni. Dakle, tvar u čvrstom stanju ima najveću gustoću.

Tečno stanje je jedno od agregatnih stanja materije. Glavno svojstvo tekućine, koje je razlikuje od drugih agregacijskih stanja, je sposobnost neograničenog mijenjanja oblika pod djelovanjem mehaničkih naprezanja, čak i proizvoljno malih, uz praktično održavanje volumena.

Tečno stanje se obično smatra srednjim između čvrstog i gas: gas ne zadržava ni zapreminu ni oblik, ali čvrsta materija zadržava oboje.

Oblik tekućih tijela može se u potpunosti ili djelomično odrediti činjenicom da se njihova površina ponaša kao elastična membrana. Dakle, voda se može sakupljati u kapima. Ali tečnost je sposobna da teče čak i ispod svoje nepokretne površine, a to znači i neočuvanje forme (unutrašnjih delova tečnog tela).

Gustoća pakiranja atoma i molekula je još uvijek visoka, tako da se gustina tvari u tekućem stanju ne razlikuje mnogo od čvrstog.

Plin je stanje agregacije tvari koje karakteriziraju vrlo slabe veze između njenih sastavnih čestica (molekula, atoma ili jona), kao i njihova velika pokretljivost. Čestice plina kreću se gotovo slobodno i haotično u intervalima između sudara, tokom kojih dolazi do nagle promjene u prirodi njihovog kretanja.

Gasovito stanje supstance u uslovima u kojima postoji stabilna tečna ili čvrsta faza iste supstance se obično naziva para.

Kao i tečnosti, gasovi su fluidni i otporni su na deformacije. Za razliku od tekućina, plinovi nemaju fiksnu zapreminu i ne formiraju slobodnu površinu, već imaju tendenciju da popune cijeli raspoloživi volumen (na primjer, posudu).

Gasovito stanje je najčešće stanje materije u Univerzumu (međuzvjezdana materija, magline, zvijezde, planetarne atmosfere, itd.). Hemijska svojstva plinova i njihovih mješavina su vrlo raznolika - od nisko aktivnih inertnih plinova do eksplozivnih mješavina plinova. Gasovi ponekad uključuju ne samo sisteme atoma i molekula, već i sisteme drugih čestica - fotona, elektrona, Brownove čestice, kao i plazmu.

Molekuli tekućine nemaju određen položaj, ali u isto vrijeme nemaju potpunu slobodu kretanja. Između njih postoji privlačnost, dovoljno jaka da ih drži blizu.

Molekuli imaju vrlo slabu vezu jedni s drugima i udaljavaju se jedan od drugog na velike udaljenosti. Gustoća pakiranja je vrlo niska, odnosno tvari u plinovitom stanju

ima malu gustinu.

2. Vrste gustoće i mjerne jedinice

Gustina se mjeri u kg/m³ u SI sistemu i u g/cm³ u CGS sistemu, ostalo (g/ml, kg/l, 1 t/ M3) su derivati.

Za labava i porozna tijela postoje:

Prava gustina, određena bez uzimanja u obzir praznina

Prividna gustina, izračunata kao omjer mase supstance i ukupne zapremine koju zauzima

3. Formula gustine

Gustina se nalazi po formuli:

Dakle, numerička vrijednost gustine supstance pokazuje masu po jedinici zapremine ove supstance. Na primjer, gustina liveno gvožde 7 kg/dm3. To znači da 1 dm3 livenog gvožđa ima masu od 7 kg. Gustina slatke vode je 1 kg/l. Dakle, masa 1 litre vode je 1 kg.

Da biste izračunali gustinu plinova, možete koristiti formulu:

gdje je M molarna masa gasa, Vm molarna zapremina (u normalnim uslovima iznosi 22,4 l/mol).

4. Zavisnost gustine od temperature

Po pravilu, kako temperatura pada, gustina se povećava, iako postoje supstance čija se gustina ponaša drugačije, kao što su voda, bronza, liveno gvožđe. Dakle, gustoća vode ima maksimalnu vrijednost na 4 °C i opada kako s porastom tako i sa padom temperature.

Kada se stanje agregacije promijeni, gustoća tvari se naglo mijenja: gustoća se povećava tijekom prijelaza iz plinovitog u tekuće stanje i kada se tekućina skrutne. Istina, voda je izuzetak od ovog pravila, njena gustina se smanjuje tokom skrućivanja.

Za različite prirodne objekte, gustoća varira u vrlo širokom rasponu. Međugalaktički medij ima najmanju gustinu (ρ ~ 10-33 kg/m³). Gustina međuzvjezdanog medija je oko 10-21 kg/M3. Prosječna gustina Sunca je oko 1,5 puta veća od vode, što je 1000 kg/M3, a prosječna gustina Zemlje je 5520 kg/M3. Osmijum ima najveću gustinu među metalima (22.500 kg/M3), a gustina neutronskih zvezda je reda 1017÷1018 kg/M3.

5. Gustine nekih gasova

- Gustina gasova i para (0°C, 101325 Pa), kg/m³

Kiseonik 1.429

Amonijak 0,771

Krypton 3,743

Argon 1.784

Xenon 5.851

Vodonik 0,090

Metan 0,717

Vodena para (100°C) 0,598

Vazduh 1.293

Ugljični dioksid 1.977

Helijum 0,178

Etilen 1.260

- Gustina nekih vrsta drveta

Gustina drveta, g/cm³

Balsa 0,15

Sibirska jela 0,39

Sequoia zimzelena 0,41

Divlji kesten 0,56

Jestivi kesten 0,59

Čempres 0,60

Ptičja trešnja 0,61

Hazel 0,63

Orah 0,64

Breza 0,65

Brijest glatki 0,66

Ariš 0,66

Javor 0,67

Tikovina 0,67

Svitenija (mahagoni) 0,70

Platan 0,70

Joster (buckthorn) 0,71

Lila 0,80

Glog 0,80

Pecan (carija) 0,83

Sandalovina 0,90

Šimšir 0,96

Dragulj ebanovina 1.08

Quebracho 1.21

Gueyakum, ili backout 1.28

- Gustinametali(na 20°C) t/M3

Aluminijum 2.6889

Volfram 19.35

Grafit 1,9 - 2,3

Iron 7.874

Zlato 19.32

Kalijum 0,862

Kalcijum 1,55

Kobalt 8.90

Litijum 0,534

Magnezijum 1.738

Bakar 8.96

Natrijum 0,971

Nikl 8.91

Tin(bijela) 7.29

Platinum 21.45

Plutonijum 19.25

Olovo 11.336

Srebro 10.50

Titanijum 4.505

cezijum 1.873

Cirkonijum 6.45

- Gustina legura (na 20°C)) t/M3

Bronza 7,5 - 9,1

Drvna legura 9.7

Duralumin 2,6 - 2,9

Constantan 8.88

Mesing 8.2 - 8.8

Nihrom 8.4

Platinasti iridijum 21.62

Čelik 7,7 - 7,9

Nerđajući čelik (prosečno) 7,9 - 8,2

klase 08X18H10T, 10X18H10T 7.9

razreda 10X17H13M2T, 10X17H13M3T 8

klase 06KhN28MT, 06KhN28MDT 7,95

klase 08X22H6T, 12X21H5T 7.6

Lijevano željezo bijelo 7,6 - 7,8

Sivo liveno gvožđe 7,0 - 7,2

U mnogim industrijama, kao iu građevinarstvu i poljoprivredi, koristi se koncept "gustine materijala". Ovo je izračunata vrijednost, koja je omjer mase supstance i zapremine koju zauzima. Poznavajući takav parametar, na primjer, za beton, graditelji mogu izračunati njegovu potrebnu količinu prilikom izlijevanja različitih armiranobetonskih konstrukcija: građevinskih blokova, stropova, monolitnih zidova, stupova, zaštitnih sarkofaga, bazena, kapija i drugih objekata.

Kako odrediti gustinu

Važno je napomenuti da, prilikom određivanja gustoće građevinskih materijala, možete koristiti posebne referentne tablice, gdje su ove vrijednosti date za različite tvari. Razvijene su i metode proračuna i algoritmi koji omogućavaju dobijanje takvih podataka u praksi ako nema pristupa referentnim materijalima.

Gustina se određuje iz:

• tečna tijela s hidrometrom (na primjer, dobro poznati proces mjerenja parametara elektrolita akumulatora automobila);
• čvrste i tečne supstance koristeći formulu sa poznatim početnim podacima mase i zapremine.

Svi nezavisni proračuni će, naravno, imati nepreciznosti, jer je teško pouzdano odrediti volumen ako tijelo ima nepravilan oblik.

Nesigurnosti u mjerenju gustoće

• Greška je sistematska. Pojavljuje se stalno ili se može mijenjati prema određenom zakonu u procesu više mjerenja istog parametra. Povezan je sa greškom instrumentalne skale, niskom osetljivošću uređaja ili stepenom tačnosti proračunskih formula. Tako, na primjer, određivanjem tjelesne težine pomoću utega i zanemarivanjem efekta uzgona, podaci su približni.
• Greška je slučajna. To je uzrokovano nadolazećim razlozima i ima drugačiji učinak na pouzdanost podataka koji se utvrđuju. Promjene u temperaturi okoline, atmosferskom pritisku, vibracijama u prostoriji, nevidljivom zračenju i vibracijama zraka - sve se to odražava u mjerenjima. Potpuno je nemoguće izbjeći takav utjecaj.

• Greška u zaokruživanju vrijednosti. Prilikom dobijanja međupodataka u izračunavanju formula, brojevi često imaju mnogo značajnih cifara iza decimalnog zareza. Potreba da se ograniči broj ovih znakova podrazumijeva pojavu greške. Ova nepreciznost se može djelomično smanjiti ostavljanjem u međuproračunima nekoliko redova veličine više nego što je potrebno za konačni rezultat.
• Greške iz nemara (promašaji) nastaju zbog pogrešnih proračuna, pogrešnog uključivanja granica mjerenja ili uređaja u cjelini, nečitljivosti kontrolnih zapisa. Podaci dobijeni na ovaj način mogu se značajno razlikovati od sličnih proračuna. Stoga ih treba obrisati i ponovo obaviti posao.

Merenje prave gustine

S obzirom na gustinu građevinskog materijala, morate uzeti u obzir njegov pravi pokazatelj. To jest, kada struktura tvari jedinice volumena ne sadrži školjke, šupljine i strane inkluzije. U praksi ne postoji apsolutna uniformnost kada se, na primjer, beton izlije u kalup. Da bi se odredila njegova stvarna čvrstoća, koja direktno ovisi o gustoći materijala, provode se sljedeće operacije:

• Struktura se podvrgava mljevenju do stanja praha. U ovoj fazi, riješite se pora.
• Suši se na temperaturi od preko 100 stepeni, preostala vlaga se uklanja iz uzorka.
• Ohladiti na sobnu temperaturu i procijediti kroz fino sito s veličinom oka 0,20 x 0,20 mm, dajući ujednačenost prahu.
• Dobijeni uzorak se vaga na visokoj preciznoj elektronskoj vagi. Zapremina se izračunava volumetrijskim mjeračem potapanjem u tečnu strukturu i mjerenjem istisnute tekućine (piknometrijska analiza).

Obračun se vrši prema formuli:

gdje je m masa uzorka u g;

V je vrijednost zapremine u cm 3.

Mjerenje gustine u kg/m 3 je često primjenjivo.

Prosječna gustina materijala

Da biste utvrdili kako se građevinski materijali ponašaju u stvarnim radnim uvjetima pod utjecajem vlage, pozitivnih i negativnih temperatura, mehaničkih opterećenja, morate koristiti prosječnu gustoću. Karakterizira fizičko stanje materijala.

Ako je prava gustoća konstantna vrijednost i ovisi samo o kemijskom sastavu i strukturi kristalne rešetke tvari, tada je prosječna gustoća određena poroznošću strukture. To je omjer mase materijala u homogenom stanju prema zapremini prostora koji se zauzima u prirodnim uvjetima.

Prosječna gustoća daje inženjeru predstavu o mehaničkoj čvrstoći, stupnju apsorpcije vlage, toplinskoj provodljivosti i drugim važnim faktorima koji se koriste u konstrukciji elemenata.

Koncept nasipne gustine

Uveden za analizu rasutog građevinskog materijala (pijesak, šljunak, ekspandirana glina itd.). Indikator je važan za izračunavanje isplative upotrebe određenih komponenti građevinske mješavine. Pokazuje omjer mase tvari i volumena koji zauzima u stanju labave strukture.

Na primjer, ako su poznati zrnati materijal i prosječna gustina zrna, onda je lako odrediti parametar praznjenja. U proizvodnji betona je svrsishodnije koristiti punilo (šljunak, drobljeni kamen, pijesak), koji ima manju poroznost suhe tvari, jer će se za punjenje koristiti osnovni cementni materijal, što će povećati troškove .

Vrijednosti gustoće nekih materijala

Ako uzmemo izračunate podatke nekih tabela, onda u njima:

• materijala, koji sadrže okside kalcijuma, silicija i aluminijuma, varira od 2400 do 3100 kg po m 3.
• Vrste drveća sa osnovom od celuloze - 1550 kg po m 3.
• Organski (ugljik, kiseonik, vodonik) - 800-1400 kg po m 3.
• Metali: čelik - 7850, aluminijum - 2700, olovo - 11300 kg po m 3.

Uz moderne građevinske tehnologije, pokazatelj gustoće materijala važan je sa stanovišta čvrstoće nosivih konstrukcija. Sve funkcije toplinske izolacije i otpornosti na vlagu obavljaju materijali male gustoće sa strukturom zatvorenih pora.

Gustoća se obično naziva takva fizička veličina koja određuje omjer mase predmeta, tvari ili tekućine prema volumenu koji zauzimaju u prostoru. Hajde da razgovaramo o tome šta je gustina, kako se gustina tela i materije razlikuje i kako (koristeći koju formulu) pronaći gustinu u fizici.

Vrste gustine

Treba pojasniti da se gustina može podijeliti u nekoliko tipova.

U zavisnosti od objekta koji se proučava:

• Gustina tijela - za homogena tijela - je direktan omjer mase tijela i njegove zapremine koja se nalazi u prostoru.
• Gustoća supstance je gustina tela koja se sastoje od ove supstance. Gustina tvari je konstantna. Postoje posebne tabele u kojima je naznačena gustina različitih supstanci. Na primjer, gustoća aluminija je 2,7 * 103 kg / m 3. Poznavajući gustinu aluminijuma i masu tela koje je od njega napravljeno, možemo izračunati zapreminu ovog tela. Ili, znajući da se tijelo sastoji od aluminija i znajući zapreminu ovog tijela, lako možemo izračunati njegovu masu. Kako pronaći ove vrijednosti, razmotrit ćemo malo kasnije, kada izvedemo formulu za izračunavanje gustoće.
• Ako se tijelo sastoji od nekoliko tvari, tada je za određivanje njegove gustoće potrebno izračunati gustoću njegovih dijelova za svaku tvar posebno. Ova gustina se naziva prosječna gustina tijela.

Ovisno o poroznosti tvari od koje se tijelo sastoji:

• Prava gustina je gustina koja se izračunava bez uzimanja u obzir praznina u telu.
• Specifična težina - ili prividna gustina - je ona koja se izračunava uzimajući u obzir praznine tijela koje se sastoji od porozne ili lomljive tvari.

Kako onda pronaći gustinu?

Formula gustine

Formula koja pomaže u pronalaženju gustine tijela je sljedeća:

• p = m / V, gdje je p gustina supstance, m je masa tijela, V je zapremina tijela u prostoru.

Ako izračunamo gustinu određenog plina, formula će izgledati ovako:

• p = M / V m p je gustoća plina, M je molarna masa plina, V m je molarni volumen, koji u normalnim uvjetima iznosi 22,4 l / mol.

Primjer: masa tvari je 15 kg, zauzima 5 litara. Kolika je gustina materije?

Rješenje: Zamijenite vrijednosti u formulu

• p = 15 / 5 = 3 (kg/l)

Odgovor: gustina supstance je 3 kg / l

Jedinice gustine

Pored znanja o pronalaženju gustine tijela i tvari, potrebno je znati i jedinice mjerenja gustine.

• Za čvrste materije - kg / m 3, g / cm 3
• Za tečnosti - 1 g / l ili 10 3 kg / m 3
• Za plinove - 1 g / l ili 10 3 kg / m 3

Više o jedinicama gustoće možete pročitati u našem članku.

Kako pronaći gustinu kod kuće

Da biste kod kuće pronašli gustinu tijela ili tvari, trebat će vam:

1. Vage;
2. centimetar ako je tijelo čvrsto;
3. Posuda, ako želite da izmerite gustinu tečnosti.

Da biste kod kuće pronašli gustinu tijela, morate izmjeriti njegovu zapreminu centimetrom ili posudom, a zatim staviti tijelo na vagu. Ako mjerite gustinu tečnosti, ne zaboravite da oduzmete masu posude u koju ste sipali tečnost pre izračunavanja. Mnogo je teže izračunati gustoću plinova kod kuće, preporučujemo korištenje gotovih tablica u kojima su već naznačene gustoće različitih plinova.

Slika 1. Tabela gustoće nekih supstanci. Author24 - online razmjena studentskih radova

Sva tijela u svijetu oko nas imaju različite veličine i zapremine. Ali čak i uz iste volumetrijske podatke, masa tvari će se značajno razlikovati. U fizici se ovaj fenomen naziva gustina materije.

Gustoća je osnovni fizički koncept koji daje ideju o karakteristikama bilo koje poznate supstance.

Definicija 1

Gustoća tvari je fizička veličina koja pokazuje masu određene tvari po jedinici volumena.

Jedinice zapremine u smislu gustine supstance su obično kubni metar ili kubni centimetar. Određivanje gustine supstance vrši se posebnom opremom i instrumentima.

Da bi se odredila gustoća tvari, potrebno je podijeliti njenu masu s vlastitim volumenom. Prilikom izračunavanja gustine tvari koriste se sljedeće količine:

tjelesna težina ($m$); volumen tijela ($V$); gustina tijela ($ρ$)

Napomena 1

$ρ$ je slovo grčkog alfabeta "ro" i ne treba ga brkati sa sličnim simbolom za pritisak - $p$ ("pe").

Formula gustine materije

Izračunavanje gustine supstance vrši se korišćenjem SI mernog sistema. U njemu su jedinice gustine izražene u kilogramima po kubnom metru ili gramima po kubnom centimetru. Takođe možete koristiti bilo koji sistem mjerenja.

Supstanca ima različite stepene gustine ako je u različitim agregacionim stanjima. Drugim riječima, gustina supstance u čvrstom stanju će se razlikovati od gustine iste supstance u tečnom ili gasovitom stanju. Na primjer, voda ima gustinu u svom normalnom tekućem stanju od 1.000 kilograma po kubnom metru. U smrznutom stanju voda (led) će već imati gustinu od 900 kilograma po kubnom metru. Vodena para pri normalnom atmosferskom pritisku i temperaturi blizu nula stepeni imaće gustinu od 590 kilograma po kubnom metru.

Standardna formula za gustinu supstance je sljedeća:

Pored standardne formule, koja se koristi samo za čvrste materije, postoji formula za gas u normalnim uslovima:

$ρ = M / Vm$, gdje je:

• $M$ - molarna masa gasa,
• $Vm$ - molarna zapremina gasa.

Postoje dvije vrste čvrstih materija:

• porozno;
• labav.

Napomena 2

Njihove fizičke karakteristike direktno utiču na gustinu supstance.

Gustina homogenih tijela

Definicija 2

Gustina homogenih tijela je omjer mase tijela i njegove zapremine.

Definicija gustoće homogenog i ravnomjerno raspoređenog tijela s nehomogenom strukturom, koje se sastoji od ove tvari, uključena je u koncept gustoće tvari. Ovo je konstantna vrijednost, a za bolje razumijevanje informacija formiraju se posebne tabele u kojima su sakupljene sve uobičajene supstance. Vrijednosti za svaku supstancu podijeljene su u tri komponente:

• gustina čvrstog stanja;
• gustina tijela u tečnom stanju;
• gustina tijela u gasovitom stanju.

Voda je prilično homogena supstanca. Neke tvari nisu tako homogene, pa se za njih određuje prosječna gustina tijela. Za izvođenje ove vrijednosti potrebno je znati rezultat ρ supstance za svaku komponentu posebno. Labava i porozna tijela imaju pravu gustinu. Određuje se bez uzimanja u obzir praznina u njegovoj strukturi. Specifična težina se može izračunati dijeljenjem mase tvari s ukupnim volumenom koji zauzima.

Slične vrijednosti su međusobno povezane koeficijentom poroznosti. Predstavlja omjer zapremine šupljina prema ukupnoj zapremini tijela koje se trenutno ispituje.

Gustoća tvari ovisi o mnogim dodatnim faktorima. Jedan broj njih istovremeno povećava ovu vrijednost za neke tvari, a snižava je za ostale. Na niskim temperaturama povećava se gustina tvari. Neke tvari mogu reagirati na promjene temperature na različite načine. U ovom slučaju, uobičajeno je reći da se gustoća na određenom temperaturnom rasponu ponaša anomalno. Takve tvari često uključuju bronzu, vodu, lijevano željezo i neke druge legure. Gustina vode je najveća na 4 stepena Celzijusa. Daljnjim zagrijavanjem ili hlađenjem, ovaj indikator se također može značajno promijeniti.

Metamorfoze sa gustinom vode nastaju prilikom prelaska iz jednog agregacionog stanja u drugo. Indeks ρ u ovim slučajevima naglo mijenja svoje vrijednosti. Progresivno se povećava pri prelasku u tečno iz gasovitog stanja, kao iu trenutku tečne kristalizacije.

Ima, i to mnogo, izuzetnih slučajeva. Na primjer, silicij ima male vrijednosti gustine tokom skrućivanja.

Mjerenje gustine supstance

Za efikasno mjerenje gustine tvari obično se koristi posebna oprema. Sastoji se od:

• vage;
• mjerni uređaj u obliku ravnala;
• merna boca.

Ako je ispitivana tvar u čvrstom stanju, tada se kao mjerni uređaj koristi mjerni uređaj u obliku centimetra. Ako je ispitivana tvar u tekućem agregacijskom stanju, tada se za mjerenja koristi volumetrijska tikvica.

Prvo morate izmjeriti zapreminu tijela centimetarskom ili volumetrijskom tikvicom. Istraživač posmatra mjernu skalu i bilježi rezultat. Ako se ispituje drvena greda kubičnog oblika, tada će gustoća biti jednaka vrijednosti stranice podignute na treću potenciju. Prilikom ispitivanja tečnosti potrebno je dodatno uzeti u obzir masu posude kojom se vrše mjerenja. Dobivene vrijednosti moraju se zamijeniti u univerzalnu formulu za gustinu tvari i izračunati indikator.

Za plinove je izračunavanje indikatora vrlo teško, jer je potrebno koristiti različite mjerne instrumente.

Obično se hidrometar koristi za izračunavanje gustoće tvari. Dizajniran je za postizanje rezultata na tekućinama. Prava gustoća se proučava pomoću piknometra. Tla se ispituju uz pomoć bušilica Kaczynski i Seidelman.

Stavimo na vagu gvozdene i aluminijumske cilindre iste zapremine (sl. 122). Ravnoteža vage je poremećena. Zašto?

Rice. 122

U laboratorijskom radu mjerili ste tjelesnu težinu upoređujući težinu girja sa tjelesnom težinom. Kada su težine bile u ravnoteži, ove mase su bile jednake. Neravnoteža znači da mase tijela nisu iste. Masa gvozdenog cilindra je veća od mase aluminijumskog. Ali zapremine cilindara su jednake. To znači da jedinična zapremina (1 cm 3 ili 1 m 3) gvožđa ima veću masu od aluminijuma.

Masa supstance sadržana u jedinici zapremine naziva se gustina supstance. Da biste pronašli gustinu, morate podijeliti masu tvari s njenom zapreminom. Gustina se označava grčkim slovom ρ (rho). Onda

gustina = masa/volumen

ρ = m/V.

SI jedinica za gustinu je 1 kg/m 3. Gustine različitih supstanci su određene eksperimentalno i prikazane su u tabeli 1. Na slici 123 prikazane su mase supstanci koje su vam poznate u zapremini V = 1 m 3.

Rice. 123

Gustina čvrstih, tečnih i gasovitih materija
(pri normalnom atmosferskom pritisku)

Kako razumjeti da je gustina vode ρ = 1000 kg / m 3? Odgovor na ovo pitanje slijedi iz formule. Masa vode u zapremini V = 1 m 3 jednaka je m = 1000 kg.

Iz formule gustine, masa supstance

m = ρV.

Od dva tijela jednake zapremine, tijelo sa većom gustinom materije ima veću masu.

Upoređujući gustinu gvožđa ρ w = 7800 kg / m 3 i aluminijuma ρ al = 2700 kg / m 3, razumemo zašto se u eksperimentu (vidi sliku 122) pokazalo da je masa gvozdenog cilindra veća od mase od aluminijumskog cilindra iste zapremine.

Ako se volumen tijela mjeri u cm 3, tada je za određivanje mase tijela prikladno koristiti vrijednost gustoće ρ, izraženu u g / cm 3.

Formula gustine supstance ρ = m/V koristi se za homogena tela, odnosno za tela koja se sastoje od jedne supstance. To su tijela koja nemaju zračne šupljine ili ne sadrže nečistoće drugih tvari. Čistoća supstance se ocenjuje na osnovu vrednosti izmerene gustine. Postoji li, na primjer, neki jeftini metal dodat u zlatnu polugu?

Razmisli i odgovori

1. Kako bi se promijenila ravnoteža ravnoteže (vidi sliku 122) da se umjesto željeznog cilindra na čašu stavi drveni cilindar iste zapremine?
2. Šta je gustina?
3. Da li gustina supstance zavisi od njene zapremine? Od mase?
4. U kojim jedinicama se mjeri gustina?
5. Kako preći od jedinice za gustinu g/cm 3 do jedinice za gustinu kg/m 3?

Zanimljivo je znati!

Po pravilu, tvar u čvrstom stanju ima veću gustoću nego u tekućem stanju. Izuzetak od ovog pravila su led i voda, koji se sastoje od molekula H 2 O. Gustina leda je ρ = 900 kg/m 3, gustina vode? \u003d 1000 kg / m 3. Gustoća leda je manja od gustine vode, što ukazuje na manje gusto pakiranje molekula (tj. velike udaljenosti između njih) u čvrstom stanju tvari (led) nego u tekućem stanju (voda). U budućnosti ćete se susresti sa drugim vrlo zanimljivim anomalijama (abnormalnostima) u svojstvima vode.

Prosječna gustina Zemlje je približno 5,5 g/cm 3 . Ove i druge činjenice poznate nauci omogućile su da se izvuku neki zaključci o strukturi Zemlje. Prosječna debljina Zemljine kore je oko 33 km. Zemljina kora se sastoji uglavnom od tla i stijena. Prosječna gustina zemljine kore je 2,7 g/cm 3, a gustina stijena koje leže direktno ispod zemljine kore je 3,3 g/cm 3. Ali obje ove vrijednosti su manje od 5,5 g/cm 3 , odnosno manje od prosječne gustine Zemlje. Iz ovoga slijedi da je gustina materije koja se nalazi u dubinama globusa veća od prosječne gustine Zemlje. Naučnici sugerišu da u centru Zemlje gustina materije dostiže 11,5 g/cm 3 , odnosno približava se gustini olova.

Prosječna gustoća tkiva ljudskog tijela je 1036 kg / m 3, gustina krvi (pri t = 20 ° C) je 1050 kg / m 3.

Balsa drvo ima malu gustinu drveta (2 puta manje od plute). Od njega se prave splavovi, pojasevi za spasavanje. Na Kubi raste drvo bodljikave ehinomena, čije drvo ima gustinu 25 puta manju od gustine vode, odnosno ρ = 0,04 g / cm 3. Zmijsko drvo ima veoma veliku gustinu drveta. Drvo tone u vodi kao kamen.

Uradite to sami kod kuće

Izmjerite gustinu sapuna. Da biste to učinili, koristite pravokutni sapun. Uporedite vrijednost gustine koju ste izmjerili sa vrijednostima koje su dobili vaši drugovi iz razreda. Jesu li dobijene vrijednosti gustine jednake? Zašto?

Zanimljivo je znati

Već za života poznatog starogrčkog naučnika Arhimeda (sl. 124) o njemu su se sastavljale legende, a povod su bili njegovi izumi koji su zadivili njegove savremenike. Jedna od legendi kaže da je sirakuški kralj Heron II tražio od mislioca da utvrdi da li je njegova kruna napravljena od čistog zlata ili je draguljar u nju umešao značajnu količinu srebra. Naravno, kruna je trebala ostati netaknuta. Arhimedu nije bilo teško odrediti masu krune. Bilo je mnogo teže precizno izmjeriti volumen krune kako bi se izračunala gustoća metala od kojeg je izlivena i utvrdilo je li to čisto zlato. Poteškoća je bila u tome što je imao pogrešan oblik!

Rice. 124

Jednom se Arhimed, zaokupljen mislima o kruni, kupao u kadi, gdje mu je pala na pamet briljantna ideja. Volumen krune se može odrediti mjerenjem zapremine vode koju je istisnula (poznata vam je ova metoda mjerenja volumena tijela nepravilnog oblika). Odredivši zapreminu krune i njenu masu, Arhimed je izračunao gustinu supstance od koje je zlatar napravio krunu.

Prema legendi, ispostavilo se da je gustina materijala krune manja od gustine čistog zlata, a nepošteni draguljar je uhvaćen na prevari.

Vježbe

1. Gustoća bakra je ρ m = 8,9 g/cm 3, a gustina aluminijuma ρ al = 2700 kg/m 3. Koja je supstanca gušća i za koliko?
2. Odredite masu betonske ploče čija je zapremina V = 3,0 m 3.
3. Od koje supstance je napravljena lopta zapremine V = 10 cm 3, ako je njena masa m = 71 g?
4. Odrediti masu prozorskog okna čija je dužina a = 1,5 m, visina b = 80 cm i debljina c = 5,0 mm.
5. Ukupna masa N = 7 identičnih listova krovnog željeza m = 490 kg. Veličina svakog lista je 1 x 1,5 m. Odredite debljinu lima.
6. Čelični i aluminijski cilindri imaju iste površine i mase poprečnog presjeka. Koji od cilindara ima veću visinu i za koliko?