KRISTALNA FIZIKA

FIZIČKA SVOJSTVA KRISTALA

Gustoća

Gustoća je fizikalna veličina određena za homogenu tvar masom njezine jedinice volumena. Za nehomogenu tvar gustoća u određenoj točki izračunava se kao granica omjera mase tijela (m) i njegovog volumena (V) kada se volumen smanji do te točke. Prosječna gustoća nehomogene tvari je odnos m/V.

Gustoća tvari ovisi o masi atomi od kojih se sastoji, te na gustoću pakiranja atoma i molekula u tvari. Što je veća masa atoma, to je veća gustoća.

Ali, ako istu tvar promatramo u različitim agregatnim stanjima, vidjet ćemo da će joj gustoća biti različita!

Krutina je agregatno stanje tvari, karakterizirano postojanošću oblika i prirodom toplinskog gibanja atoma, koji čine male vibracije oko ravnotežnih položaja. Kristale karakterizira prostorna periodičnost u rasporedu ravnotežnih položaja atoma. U amorfnim tijelima atomi vibriraju oko nasumično smještenih točaka. Prema klasičnim shvaćanjima, stabilno stanje (s minimumom potencijalne potencijalne energije) čvrstog tijela je kristalno stanje. Amorfno tijelo je u metastabilnom stanju i s vremenom mora prijeći u kristalno stanje, ali je vrijeme kristalizacije često toliko dugo da se metastabilnost uopće ne manifestira.

Atomi su međusobno čvrsto povezani i vrlo gusto zbijeni. Stoga tvar u čvrstom stanju ima najveću gustoću.

Tekuće stanje jedno je od agregatnih stanja tvari. Glavno svojstvo tekućine, koje je razlikuje od ostalih agregatnih stanja, jest sposobnost neograničene promjene oblika pod djelovanjem mehaničkih naprezanja, čak i proizvoljno malih, uz praktično zadržavanje volumena.

Tekuće stanje se obično smatra srednjim između krutog i plin: plin ne zadržava ni volumen ni oblik, ali čvrsta tvar zadržava oboje.

Oblik tekućih tijela može u potpunosti ili djelomično biti određen činjenicom da se njihova površina ponaša kao elastična membrana. Dakle, voda se može skupljati u kapljicama. Ali tekućina je sposobna teći i ispod svoje nepomične površine, a to znači i neočuvanje oblika (unutarnjih dijelova tekućeg tijela).

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

Plin je agregacijsko stanje tvari, koje karakteriziraju vrlo slabe veze između njegovih sastavnih čestica (molekula, atoma ili iona), kao i njihova velika pokretljivost. Čestice plina kreću se gotovo slobodno i kaotično u intervalima između sudara, tijekom kojih dolazi do oštre promjene u prirodi njihovog kretanja.

Plinovito stanje tvari u uvjetima u kojima postoji stabilna tekuća ili čvrsta faza iste tvari obično se naziva para.

Kao i tekućine, plinovi su tekući i otporni su na deformacije. Za razliku od tekućina, plinovi nemaju fiksni volumen i ne formiraju slobodnu površinu, već nastoje ispuniti cijeli raspoloživi volumen (primjerice posude).

Plinovito stanje je najčešće stanje materije u Svemiru (međuzvjezdana tvar, maglice, zvijezde, atmosfere planeta itd.). Kemijska svojstva plinova i njihovih smjesa vrlo su raznolika - od slabo aktivnih inertnih plinova do eksplozivnih plinskih smjesa. Plinovi ponekad uključuju ne samo sustave atoma i molekula, već i sustave drugih čestica - fotone, elektrone, Brownove čestice, kao i plazmu.

Molekule tekućine nemaju određeni položaj, ali u isto vrijeme nemaju potpunu slobodu kretanja. Među njima postoji privlačnost, dovoljno jaka da ih drži blizu.

Molekule imaju vrlo slabu međusobnu vezu i udaljavaju se jedna od druge na velike udaljenosti. Gustoća pakiranja je vrlo niska, odnosno tvar je u plinovitom stanju

ima malu gustoću.

2. Vrste gustoće i mjerne jedinice

Gustoća se mjeri u kg/m³ u SI sustavu i u g/cm³ u CGS sustavu, ostalo (g/ml, kg/l, 1 t/ M3) su izvedenice.

Za labava i porozna tijela postoje:

Prava gustoća, određena bez uzimanja u obzir šupljina

Prividna gustoća, izračunata kao omjer mase tvari i ukupnog volumena koji zauzima

3. Formula gustoće

Gustoća se nalazi po formuli:

Stoga brojčana vrijednost gustoće tvari pokazuje masu po jedinici volumena te tvari. Na primjer, gustoća lijevano željezo 7 kg/dm3. To znači da 1 dm3 lijevanog željeza ima masu 7 kg. Gustoća slatke vode je 1 kg/l. Dakle, masa 1 litre vode je 1 kg.

Za izračunavanje gustoće plinova možete koristiti formulu:

gdje je M molarna masa plina, Vm je molarni volumen (u normalnim uvjetima je 22,4 l / mol).

4. Ovisnost gustoće o temperaturi

U pravilu, snižavanjem temperature gustoća raste, iako postoje tvari čija se gustoća ponaša drugačije, poput vode, bronce i lijevanog željeza. Dakle, gustoća vode ima maksimalnu vrijednost na 4 °C i opada s porastom i sniženjem temperature.

Pri promjeni agregatnog stanja gustoća tvari naglo se mijenja: gustoća se povećava pri prijelazu iz plinovitog u tekuće stanje i pri skrućivanju tekućine. Istina, voda je iznimka od ovog pravila, njezina gustoća se smanjuje tijekom skrućivanja.

Za razne prirodne objekte gustoća varira u vrlo širokom rasponu. Međugalaktički medij ima najmanju gustoću (ρ ~ 10-33 kg/m³). Gustoća međuzvjezdanog medija je oko 10-21 kg/M3. Prosječna gustoća Sunca je oko 1,5 puta veća od gustoće vode, koja iznosi 1000 kg/M3, a prosječna gustoća Zemlje je 5520 kg/M3. Najveću gustoću među metalima ima osmij (22 500 kg/M3), a gustoća neutronskih zvijezda je reda veličine 1017÷1018 kg/M3.

5. Gustoće nekih plinova

- Gustoća plinova i para (0° S, 101325 Pa), kg/m³

Kisik 1,429

Amonijak 0,771

Kripton 3,743

Argon 1,784

Xenon 5.851

Vodik 0,090

Metan 0,717

Vodena para (100°C) 0,598

Zrak 1.293

Ugljični dioksid 1,977

Helij 0,178

Etilen 1.260

- Gustoća nekih vrsta drva

Gustoća drva, g/cm³

Balsa 0,15

Sibirska jela 0,39

Sekvoja zimzelena 0,41

Divlji kesten 0,56

Jestivi kesten 0,59

Čempres 0,60

Ptičja trešnja 0,61

lijeska 0,63

Orah 0,64

Breza 0,65

Brijest glatki 0,66

Ariš 0,66

Javor poljski 0,67

Tikovo drvo 0,67

Svitenija (mahagoni) 0,70

Platan 0,70

Joster (krkavina) 0,71

Jorgovan 0,80

Glog 0,80

Pecan (cariya) 0,83

Sandalovina 0,90

Šimšir 0,96

Kaki ebanovina 1.08

Quebracho 1.21

Gueyakum, ili backout 1.28

- Gustoćametali(pri 20°C) t/M3

Aluminij 2.6889

Volfram 19,35

Grafit 1,9 - 2,3

Željezo 7.874

Zlato 19.32

Kalij 0,862

Kalcij 1,55

Kobalt 8,90

Litij 0,534

Magnezij 1,738

Bakar 8.96

Natrij 0,971

Nikal 8,91

Kositar(bijela) 7.29

Platina 21.45

Plutonij 19.25

voditi 11.336

Srebro 10,50

Titan 4.505

cezij 1.873

Cirkonij 6,45

- Gustoća legura (na 20°C)) t/M3

Bronca 7,5 - 9,1

Woodova legura 9.7

Duraluminij 2,6 - 2,9

Constantan 8,88

Mjed 8,2 - 8,8

Nikrom 8.4

Platinasti iridij 21.62

Čelik 7,7 - 7,9

Nehrđajući čelik (prosječno) 7,9 - 8,2

razreda 08X18H10T, 10X18H10T 7.9

razreda 10X17H13M2T, 10X17H13M3T 8

razreda 06KhN28MT, 06KhN28MDT 7,95

razreda 08X22H6T, 12X21H5T 7.6

Lijevano željezo bijelo 7,6 - 7,8

Lijevano željezo siva 7,0 - 7,2

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

Kako odrediti gustoću

Važno je napomenuti da pri određivanju gustoće građevinskog materijala možete koristiti posebne referentne tablice, gdje su navedene vrijednosti za različite tvari. Također su razvijene računske metode i algoritmi koji omogućuju dobivanje takvih podataka u praksi ako nema pristupa referentnim materijalima.

Gustoća se određuje iz:

• tekuća tijela s uređajem za hidrometar (na primjer, dobro poznati postupak mjerenja parametara elektrolita akumulatora automobila);
• čvrste i tekuće tvari pomoću formule s poznatim početnim podacima o masi i volumenu.

Svi neovisni izračuni, naravno, imat će netočnosti, jer je teško pouzdano odrediti volumen ako tijelo ima nepravilan oblik.

Nesigurnosti u mjerenjima gustoće

• Greška je sustavna. Pojavljuje se stalno ili se može mijenjati prema određenom zakonu u procesu nekoliko mjerenja istog parametra. Povezan je s pogreškom skale instrumenta, niskom osjetljivošću uređaja ili stupnjem točnosti formula za izračun. Tako, primjerice, određivanjem tjelesne težine pomoću utega i zanemarivanjem utjecaja uzgona, podaci su približni.
• Greška je slučajna. Uzrokovana je pristiglim razlozima i ima različit učinak na pouzdanost podataka koji se utvrđuju. Promjene temperature okoline, atmosferski tlak, vibracije u prostoriji, nevidljivo zračenje i vibracije zraka - sve se to odražava na mjerenjima. Potpuno je nemoguće izbjeći takav utjecaj.

• Pogreška u zaokruživanju vrijednosti. Pri dobivanju posrednih podataka u izračunavanju formula, brojevi često imaju mnogo značajnih znamenki nakon decimalne točke. Potreba za ograničavanjem broja ovih znakova podrazumijeva pojavu pogreške. Ta se netočnost može djelomično smanjiti ostavljajući u međuizračunima nekoliko redova veličine više nego što zahtijeva konačni rezultat.
• Greške (promašaji) iz nemara nastaju zbog pogrešnih proračuna, netočnog uključivanja granica mjerenja ili uređaja u cjelini, nečitljivosti kontrolnih zapisa. Podaci dobiveni na ovaj način mogu se značajno razlikovati od sličnih izračuna. Stoga ih treba izbrisati i ponoviti posao.

Pravo mjerenje gustoće

S obzirom na gustoću građevinskog materijala, morate uzeti u obzir njegov pravi pokazatelj. To jest, kada struktura tvari jedinice volumena ne sadrži ljuske, praznine i strane inkluzije. U praksi ne postoji apsolutna ujednačenost kada se npr. beton ulijeva u kalup. Da bi se odredila njegova stvarna čvrstoća, koja izravno ovisi o gustoći materijala, provode se sljedeće operacije:

• Struktura se podvrgava mljevenju do stanja praha. U ovoj fazi riješite se pora.
• Sušiti na temperaturi većoj od 100 stupnjeva, preostala vlaga se uklanja iz uzorka.
• Ohladiti na sobnu temperaturu i procijediti kroz fino sito s veličinom otvora 0,20 x 0,20 mm, dajući prahu jednoličnost.
• Dobiveni uzorak važe se na visokopreciznoj elektronskoj vagi. Volumen se izračunava u volumetrijskom metru uranjanjem u strukturu tekućine i mjerenjem istisnute tekućine (piknometrijska analiza).

Izračun se provodi prema formuli:

gdje je m masa uzorka u g;

V je vrijednost volumena u cm3.

Često je primjenjivo mjerenje gustoće u kg/m 3 .

Prosječna gustoća 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 i volumena prostora koji zauzima u prirodnim uvjetima.

Prosječna gustoća daje inženjeru ideju o mehaničkoj čvrstoći, stupnju apsorpcije vlage, toplinskoj vodljivosti i drugim važnim čimbenicima koji se koriste u konstrukciji elemenata.

Pojam nasipne gustoće

Uveden za analizu rasutih građevinskih materijala (pijesak, šljunak, ekspandirana glina itd.). Pokazatelj je važan za izračun isplativosti korištenja pojedinih komponenti građevne smjese. Pokazuje omjer mase tvari i volumena koji ona zauzima u stanju rahle strukture.

Na primjer, ako su poznati granulirani materijal i prosječna gustoća zrna, tada je lako odrediti parametar šupljina. U proizvodnji betona svrsishodnije je koristiti punilo (šljunak, drobljeni kamen, pijesak) koje ima manju poroznost suhe tvari, jer će se za njegovo punjenje koristiti osnovni cementni materijal, što će povećati troškove .

Vrijednosti gustoće nekih materijala

Ako uzmemo izračunate podatke nekih tablica, onda u njima:

• materijala, koji sadrže okside kalcija, silicija i aluminija, varira od 2400 do 3100 kg po m 3.
• Vrste drveća s bazom od celuloze - 1550 kg po m 3.
• Organski (ugljik, kisik, vodik) - 800-1400 kg po m 3.
• Metali: čelik - 7850, aluminij - 2700, olovo - 11300 kg po m 3.

Kod suvremenih tehnologija građenja zgrada pokazatelj gustoće materijala važan je s gledišta čvrstoće nosivih konstrukcija. Sve funkcije toplinske izolacije i otpornosti na vlagu obavljaju materijali niske gustoće sa strukturom zatvorenih pora.

Gustoćom se obično naziva takva fizikalna veličina koja određuje omjer mase predmeta, tvari ili tekućine i volumena koji zauzimaju u prostoru. Razgovarajmo o tome što je gustoća, kako se gustoća tijela i materije razlikuje i kako (kojom formulom) pronaći gustoću u fizici.

Vrste gustoće

Treba pojasniti da se gustoća može podijeliti u nekoliko vrsta.

Ovisno o objektu koji se proučava:

• Gustoća tijela - za homogena tijela - izravni je omjer mase tijela i njegovog volumena koji zauzima u prostoru.
• Gustoća tvari je gustoća tijela koja se sastoje od te tvari. Gustoća tvari je konstantna. Postoje posebne tablice u kojima je naznačena gustoća različitih tvari. Na primjer, gustoća aluminija je 2,7 * 103 kg / m 3. Znajući gustoću aluminija i masu tijela koje je napravljeno od njega, možemo izračunati volumen tog tijela. Ili, znajući da se tijelo sastoji od aluminija i znajući volumen tog tijela, možemo lako izračunati njegovu masu. Kako pronaći te 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 zasebno. Ta se gustoća naziva prosječna gustoća tijela.

Ovisno o poroznosti tvari od koje se tijelo sastoji:

• Prava gustoća je gustoća koja se izračunava bez uzimanja u obzir šupljina u tijelu.
• Specifična težina - ili prividna gustoća - je ona koja se izračunava uzimajući u obzir šupljine tijela koje se sastoji od porozne ili trošne tvari.

Dakle, kako pronaći gustoću?

Formula gustoće

Formula za određivanje gustoće tijela je sljedeća:

• p = m / V, gdje je p gustoća tvari, m je masa tijela, V je volumen tijela u prostoru.

Ako izračunamo gustoću određenog plina, tada će formula izgledati ovako:

• p \u003d 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 gustoća materije?

Rješenje: Zamijenite vrijednosti u formulu

• p = 15 / 5 = 3 (kg/l)

Odgovor: gustoća tvari je 3 kg / l

Jedinice gustoće

Osim što treba znati pronaći gustoću tijela i tvari, potrebno je poznavati i jedinice za mjerenje gustoće.

• Za čvrste tvari - kg / m 3, g / cm 3
• Za tekućine - 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 gustoću kod kuće

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

1. Vage;
2. centimetar ako je tijelo čvrsto;
3. Posuda, ako želite izmjeriti gustoću tekućine.

Da biste pronašli gustoću tijela kod kuće, morate izmjeriti njegov volumen centimetrom ili posudom, a zatim staviti tijelo na vagu. Ako mjerite gustoću tekućine, ne zaboravite prije izračuna oduzeti masu posude u koju ste ulili tekućinu. Puno je teže izračunati gustoću plinova kod kuće, preporučujemo korištenje gotovih tablica u kojima su već naznačene gustoće različitih plinova.

Slika 1. Tablica gustoća nekih tvari. Author24 - online razmjena studentskih radova

Sva tijela u svijetu oko nas imaju različite veličine i volumene. Ali čak i s istim volumetrijskim podacima, masa tvari značajno će se razlikovati. U fizici se taj fenomen naziva gustoća materije.

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

Definicija 1

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

Jedinice volumena u smislu gustoće tvari obično su kubični metar ili kubični centimetar. Određivanje gustoće tvari provodi se posebnom opremom i instrumentima.

Za određivanje gustoće tvari potrebno je njezinu masu podijeliti s vlastitim volumenom. Pri izračunavanju gustoće tvari koriste se sljedeće veličine:

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

Napomena 1

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

Formula gustoće tvari

Izračun gustoće tvari događa se korištenjem mjernog sustava SI. U njemu se jedinice gustoće izražavaju u kilogramima po kubnom metru ili gramima po kubnom centimetru. Također možete koristiti bilo koji sustav mjerenja.

Tvar ima različite stupnjeve gustoće ako je u različitim agregatnim stanjima. Drugim riječima, gustoća tvari u krutom stanju bit će različita od gustoće iste tvari u tekućem ili plinovitom stanju. Na primjer, voda u svom normalnom tekućem stanju ima gustoću od 1000 kilograma po kubnom metru. U smrznutom stanju voda (led) će već imati gustoću od 900 kilograma po kubnom metru. Vodena para pri normalnom atmosferskom tlaku i temperaturi blizu nula stupnjeva imat će gustoću od 590 kilograma po kubnom metru.

Standardna formula za gustoću tvari je sljedeća:

Uz standardnu ​​formulu, koja se koristi samo za čvrste tvari, postoji formula za plin u normalnim uvjetima:

$ρ = M / Vm$, gdje je:

• $M$ - molarna masa plina,
• $Vm$ - molarni volumen plina.

Postoje dvije vrste čvrstih tvari:

• porozan;
• labavo.

Napomena 2

Njihova fizička svojstva izravno utječu na gustoću tvari.

Gustoća homogenih tijela

Definicija 2

Gustoća homogenih tijela je omjer mase tijela i njegovog volumena.

Definicija gustoće homogenog i jednoliko raspoređenog tijela s nehomogenom strukturom, koja se sastoji od ove tvari, uključena je u pojam gustoće tvari. To je konstantna vrijednost, a za bolje razumijevanje informacija formiraju se posebne tablice u kojima su prikupljene sve uobičajene tvari. Vrijednosti za svaku tvar podijeljene su u tri komponente:

• gustoća čvrstog stanja;
• gustoća tijela u tekućem stanju;
• gustoća tijela u plinovitom stanju.

Voda je prilično homogena tvar. Neke tvari nisu toliko homogene, pa se za njih određuje prosječna gustoća tijela. Za izvođenje ove vrijednosti potrebno je znati rezultat ρ tvari za svaku komponentu zasebno. Rahla i porozna tijela imaju pravu gustoću. Određuje se bez uzimanja u obzir šupljina u njegovoj strukturi. Specifična težina se može izračunati dijeljenjem mase tvari s ukupnim volumenom koji ona zauzima.

Slične vrijednosti međusobno su povezane koeficijentom poroznosti. Predstavlja omjer volumena šupljina prema ukupnom volumenu tijela koje se trenutno pregledava.

Gustoća tvari ovisi o mnogim dodatnim čimbenicima. Neki od njih istodobno povećavaju tu vrijednost za neke tvari, a snižavaju za ostale. Pri niskim temperaturama povećava se gustoća tvari. Neke tvari mogu na različite načine reagirati na temperaturne promjene. U ovom slučaju, uobičajeno je reći da se gustoća u određenom temperaturnom rasponu ponaša anomalno. Takve tvari često uključuju broncu, vodu, lijevano željezo i neke druge legure. Gustoća vode najveća je na 4 stupnja Celzijusa. S daljnjim zagrijavanjem ili hlađenjem, ovaj se pokazatelj također može značajno promijeniti.

Metamorfoze s gustoćom vode događaju se tijekom prijelaza iz jednog agregatnog stanja u drugo. Indeks ρ u tim slučajevima naglo mijenja svoje vrijednosti. Progresivno raste pri prijelazu u tekućinu iz plinovitog stanja, kao iu trenutku kristalizacije tekućine.

Postoje, i to mnogi, iznimni slučajevi. Na primjer, silicij ima male vrijednosti gustoće tijekom skrućivanja.

Mjerenje gustoće tvari

Kako bi se učinkovito izmjerila gustoća tvari, obično se koristi posebna oprema. Sastoji se od:

• vage;
• mjerni uređaj u obliku ravnala;
• tikvica za mjerenje.

Ako je ispitivana tvar u krutom stanju, tada se kao mjerni uređaj koristi mjerni uređaj u obliku centimetra. Ako je ispitivana tvar u tekućem agregatnom stanju, tada se za mjerenje koristi odmjerna tikvica.

Prvo morate izmjeriti volumen tijela centimetarskom ili volumetrijskom tikvicom. Istraživač promatra mjernu ljestvicu i bilježi rezultat. Ako se ispituje drvena greda kubičnog oblika, tada će gustoća biti jednaka vrijednosti stranice podignute na treću potenciju. Pri ispitivanju tekućine potrebno je dodatno uzeti u obzir masu posude s kojom se mjere. Dobivene vrijednosti moraju se zamijeniti univerzalnom formulom za gustoću tvari i izračunati indikator.

Za plinove je izračun indikatora vrlo težak, jer je potrebno koristiti različite mjerne instrumente.

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

Stavimo na vagu željezni i aluminijski cilindar istog volumena (slika 122). Poremećena je ravnoteža na vagi. Zašto?

Riža. 122

U laboratoriju ste mjerili tjelesnu težinu uspoređujući težinu girja s tjelesnom težinom. Kad su utezi bili u ravnoteži, te su mase bile jednake. Neravnoteža znači da mase tijela nisu iste. Masa željeznog cilindra veća je od mase aluminijskog. Ali volumeni cilindara su jednaki. To znači da jedinica volumena (1 cm 3 ili 1 m 3 ) željeza ima veću masu od aluminija.

Masa tvari sadržana u jedinici volumena naziva se gustoća tvari. Da biste pronašli gustoću, morate podijeliti masu tvari s njezinim volumenom. Gustoća se označava grčkim slovom ρ (rho). Zatim

gustoća = masa/volumen

ρ = m/V.

SI jedinica za gustoću je 1 kg/m 3. Gustoće raznih tvari određene su eksperimentalno i prikazane su u tablici 1. Na slici 123 prikazane su mase vama poznatih tvari u volumenu V = 1 m 3.

Riža. 123

Gustoća čvrstih, tekućih i plinovitih tvari
(pri normalnom atmosferskom tlaku)

Kako razumjeti da je gustoća vode ρ \u003d 1000 kg / m 3? Odgovor na ovo pitanje proizlazi iz formule. Masa vode u volumenu V \u003d 1 m 3 jednaka je m \u003d 1000 kg.

Iz formule gustoće, masa tvari

m = ρV.

Od dva tijela jednakog volumena, veću masu ima tijelo veće gustoće materije.

Uspoređujući gustoću željeza ρ w = 7800 kg / m 3 i aluminija ρ al = 2700 kg / m 3, razumijemo zašto je u eksperimentu (vidi sliku 122) masa željeznog cilindra veća od mase aluminijskog cilindra istog volumena.

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 za gustoću tvari ρ = ​​m/V koristi se za homogena tijela, odnosno za tijela koja se sastoje od jedne tvari. To su tijela koja nemaju zračnih šupljina ili ne sadrže primjese drugih tvari. Čistoća tvari prosuđuje se prema vrijednosti izmjerene gustoće. Postoji li, na primjer, neki jeftini metal dodan u zlatnu polugu?

Razmisli i odgovori

1. Kako bi se promijenila ravnoteža vage (vidi sliku 122) da se umjesto željeznog cilindra na šalicu stavi drveni cilindar istog volumena?
2. Što je gustoća?
3. Ovisi li gustoća tvari o njezinu volumenu? Od mise?
4. U kojim jedinicama se mjeri gustoća?
5. Kako prijeći s jedinice gustoće g/cm 3 na jedinicu gustoće kg/m 3?

Zanimljivo znati!

U pravilu tvar u krutom stanju ima veću gustoću nego u tekućem stanju. Iznimka od ovog pravila su led i voda, koji se sastoje od molekula H 2 O. Gustoća leda je ρ = 900 kg / m 3, gustoća vode? \u003d 1000 kg / m 3. Gustoća leda manja je od gustoće vode, što ukazuje na manje gusto pakiranje molekula (tj. velike udaljenosti među njima) u krutom stanju tvari (led) nego u tekućem stanju (voda). U budućnosti ćete se susresti s drugim vrlo zanimljivim anomalijama (abnormalnostima) u svojstvima vode.

Prosječna gustoća Zemlje je približno 5,5 g/cm 3 . Ove i druge činjenice poznate znanosti omogućile su izvođenje nekih zaključaka o strukturi Zemlje. Prosječna debljina zemljine kore je oko 33 km. Zemljina kora sastoji se uglavnom od tla i stijena. Prosječna gustoća zemljine kore je 2,7 g / cm 3, a gustoća stijena koje leže neposredno 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 gustoće Zemlje. Iz toga slijedi da je gustoća materije koja se nalazi u dubini zemaljske kugle veća od prosječne gustoće Zemlje. Znanstvenici sugeriraju da u središtu Zemlje gustoća materije doseže 11,5 g/cm 3 , tj. približava se gustoći olova.

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

Balsa drvo ima nisku gustoću drva (2 puta manje od pluta). Od njega se izrađuju splavi, pojasevi za spašavanje. Na Kubi raste stablo echinomena s bodljikavom dlakom, čije drvo ima gustoću 25 puta manju od gustoće vode, tj. ρ = 0,04 g / cm 3. Zmijsko drvo ima vrlo visoku gustoću drveta. Drvo tone u vodi kao kamen.

Učinite to sami kod kuće

Izmjerite gustoću sapuna. Da biste to učinili, upotrijebite pravokutni komad sapuna. Usporedite vrijednost gustoće koju ste izmjerili s vrijednostima koje su dobili vaši kolege iz razreda. Jesu li dobivene vrijednosti gustoće jednake? Zašto?

Zanimljivo znati

Već za života slavnog starogrčkog znanstvenika Arhimeda (sl. 124) o njemu su se spletale legende, a povod za to bili su njegovi izumi koji su zadivili njegove suvremenike. Jedna od legendi kaže da je sirakuški kralj Heron II zamolio mislioca da utvrdi je li njegova kruna od čistog zlata ili je draguljar u nju umiješao značajnu količinu srebra. Naravno, kruna je trebala ostati netaknuta. Arhimedu nije bilo teško odrediti masu krune. Mnogo je teže bilo precizno izmjeriti volumen krune kako bi se izračunala gustoća metala od kojeg je izlivena i utvrdilo radi li se o čistom zlatu. Poteškoća je bila u tome što je imao pogrešan oblik!

Riža. 124

Jednom se Arhimed, zadubljen u misli o kruni, kupao u kadi, gdje mu je sinula briljantna ideja. Volumen krune može se odrediti mjerenjem volumena istisnute vode (poznat vam je ovaj način mjerenja volumena tijela nepravilnog oblika). Nakon što je odredio volumen krune i njenu masu, Arhimed je izračunao gustoću tvari od koje je draguljar napravio krunu.

Prema legendi, gustoća materijala krunice bila je manja od gustoće čistog zlata, a nepošteni draguljar je uhvaćen u prevari.

Vježbe

1. Gustoća bakra je ρ m = 8,9 g / cm 3, a gustoća aluminija je ρ al = 2700 kg / m 3. Koja je tvar gušća i za koliko?
2. Odredite masu betonske ploče čiji je volumen V = 3,0 m 3.
3. Od koje tvari je napravljena lopta obujma V = 10 cm 3, ako je njezina masa m = 71 g?
4. Odredite masu prozorskog stakla čija je duljina a = 1,5 m, visina b = 80 cm i debljina c = 5,0 mm.
5. Ukupna masa N = 7 istih listova krovnog željeza m = 490 kg. Veličina svakog lista je 1 x 1,5 m. Odredite debljinu lista.
6. Čelični i aluminijski cilindri imaju iste površine presjeka i mase. Koji od cilindara ima veću visinu i za koliko?