КРИСТАЛОФІЗИКА

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КРИСТАЛІВ

щільність

Щільність - фізична величина, яка визначається однорідної речовини масою його одиничного обсягу. Для неоднорідної речовини щільність у певній точці обчислюється як межа відношення маси тіла (m) для його обсягу (V), коли обсяг стягується до цієї точки. Середня густина неоднорідної речовини є відношення m/V.

Щільність речовини залежить від маси атомів, З яких воно складається, і від щільності упаковки атомів та молекул у речовині. Чим більша маса атомів, тим більша щільність.

Але, якщо розглядати те саме речовина в різних агрегатних станах, то ми побачимо, що щільність його буде різною!

Тверде тіло - агрегатний стан речовини, що характеризується стабільністю форми та характером теплового руху атомів, які здійснюють малі коливання біля положень рівноваги. Кристали характеризуються просторовою періодичністю розташування рівноважних положень атомів. В аморфних тілах атоми коливаються довкола хаотично розташованих точок. Згідно з класичними уявленнями, стійким станом (з мінімумом потенційної потенційної енергії) твердого тіла є кристалічний. Аморфне тіло знаходиться в метастабільному стані і з часом має перейти в кристалічний стан, проте час кристалізації часто настільки велике, що метастабільність зовсім не виявляється.

Атоми міцно пов'язані один з одним та дуже щільно упаковані. Тому речовина, що знаходиться у твердому стані має найбільшу щільність.

Рідкий стан - один із агрегатних станів речовини. Основною властивістю рідини, що відрізняє її від інших агрегатних станів, є здатність необмежено змінювати форму під дією механічних напруг, навіть скільки завгодно малих, практично зберігаючи при цьому обсяг.

Рідкий стан зазвичай вважають проміжним між твердим тілом і газом: газ не зберігає ні обсягу, ні форми, а тверде тіло зберігає і те, і інше.

Форма рідких тіл може повністю або частково визначатися тим, що їхня поверхня поводиться як пружна мембрана. Так, вода може збиратися у краплі. Але рідина здатна текти навіть під своєю нерухомою поверхнею, і це теж означає збереження форми (внутрішніх частин рідкого тіла).

Щільність упаковки атомів і молекул, як і раніше, висока, тому щільність речовини, що знаходиться в рідкому стані, не дуже відрізняється від твердого стану.

Газ - агрегатний стан речовини, що характеризується дуже слабкими зв'язками між частинками, що його складають, (молекулами, атомами або іонами), а також їх великою рухливістю. Частинки газу майже вільно і хаотично рухаються у проміжках між зіткненнями, під час яких відбувається різка зміна характеру їхнього руху.

Газоподібний стан речовини в умовах, коли можливе існування стійкої рідкої або твердої фази цієї речовини, зазвичай називається парою.

Подібно до рідин, гази мають плинність і пручаються деформації. На відміну від рідин, гази не мають фіксованого об'єму і не утворюють вільну поверхню, а прагнуть заповнити весь доступний об'єм (наприклад, судини).

Газоподібний стан - найпоширеніший стан речовини Всесвіту (міжзоряна речовина, туманності, зірки, атмосфери планет тощо). За хімічними властивостями гази та їх суміші дуже різноманітні – від малоактивних інертних газів до вибухових газових сумішей. До газів іноді відносять як системи з атомів і молекул, а й системи з інших частинок - фотонів, електронів, броунівських частинок, і навіть плазму.

Молекули рідини немає певного становища, але водночас їм недоступна повна свобода переміщень. Між ними існує тяжке, достатньо сильне, щоб утримати їх на близькій відстані.

Молекули мають дуже слабкий зв'язок один з одним і віддаляються один від одного на велику відстань. Щільність упаковки дуже низька, відповідно, речовина в газоподібному стані

має невелику щільність.

2. Види щільності та одиниці виміру

Щільність вимірюється в кг/м³ у системі СІ та в г/см³ у системі СГС, решта (г/мл, кг/л, 1 т/ M3) - похідні.

Для сипких та пористих тіл розрізняють:

Справжню щільність, що визначається без урахування порожнеч

Здається щільність, що розраховується як відношення маси речовини до всього займаного ним обсягу

3. Формула знаходження густини

Щільність знаходиться за формулою:

Тому числове значення густини речовини показує масу одиниці обсягу цієї речовини. Наприклад, щільність чавуну 7 кг/дм3. Це означає, що 1 дм3 чавуну має масу 7 кг. Щільність прісної води – 1 кг/л. Отже маса 1 л води дорівнює 1 кг.

Для обчислення густини газів можна користуватися формулою:

де М - молярна маса газу, Vm - молярний об'єм (за нормальних умов дорівнює 22,4 л/моль).

4. Залежність щільності від температури

Як правило, при зменшенні температури щільність збільшується, хоча зустрічаються речовини, чия щільність поводиться інакше, наприклад, вода, бронза та чавун. Так, щільність води має максимальне значення при 4 °C і зменшується як з підвищенням, так і зниженням температури.

При зміні агрегатного стану щільність речовини змінюється стрибкоподібно: щільність зростає при переході з газоподібного стану в рідкий і затвердіння рідини. Щоправда, вода є винятком із цього правила, її щільність при затвердінні зменшується.

Для різних природних об'єктів щільність змінюється у широкому діапазоні. Найнижчу щільність має міжгалактичне середовище (ρ ~ 10-33 кг/м³). Щільність міжзоряного середовища близько 10-21 кг/M3. Середня щільність Сонця приблизно в 1,5 рази вище за щільність води, що дорівнює 1000 кг/M3, а середня щільність Землі дорівнює 5520 кг/M3. Найбільшу щільність серед металів має осмій (22500 кг/M3), а щільність нейтронних зірок має порядок 1017÷1018 кг/M3.

5. Щільності деяких газів

- Щільність газів та пари (0° С, 101325 Па), кг/м³

Кисень 1,429

Аміак 0,771

Криптон 3,743

Аргон 1,784

Ксенон 5,851

Водень 0,090

Метан 0,717

Водяна пара (100° С) 0,598

Повітря 1,293

Вуглекислий газ 1,977

Гелій 0,178

Етилен 1,260

- Щільність деяких порід деревини

Щільність деревини, г/см³

Бальса 0.15

Ялиця сибірська 0.39

Секвоя вічнозелена 0.41

Кінський каштан 0.56

Каштан їстівний 0.59

Кіпаріс 0,60

Черемха 0.61

Ліщина 0.63

грецький горіх 0.64

Береза ​​0.65

В'яз гладкий 0.66

Модрина 0.66

Клен польовий 0.67

Тикове дерево 0.67

Світіння (Махагоні) 0.70

Платан 0.70

Жостер (крушина) 0.71

Бузок 0.80

Глід 0.80

Пекан (карію) 0.83

Сандалове дерево 0.90

Самшит 0.96

Хурма ебенова 1.08

Квебрахо 1.21

Гвеякум, або бакаут 1.28

- Щільністьметалів(при 20°C) т/M3

Алюміній 2.6889

Вольфрам 19.35

Графіт 1.9 – 2.3

Залізо 7.874

Золото 19.32

Калій 0.862

Кальцій 1.55

Кобальт 8.90

Літій 0.534

Магній 1.738

Мідь 8.96

Натрій 0.971

Нікель 8.91

Олово(біле) 7.29

Платина 21.45

Плутоній 19.25

Свинець 11.336

Срібло 10.50

Титан 4.505

Цезій 1.873

Цирконій 6.45

- Щільність сплавів (при 20 ° C) т/M3

Бронза 7.5 – 9.1

Сплав Вуда 9.7

Дюралюміній 2.6 – 2.9

Константан 8.88

Латунь 8.2 – 8.8

Ніхром 8.4

Платино-іридієвий 21.62

Сталь 7.7 – 7.9

Сталь нержавіюча (в середньому) 7.9 – 8.2

марки 08Х18Н10Т, 10Х18Н10Т 7,9

марки 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т 8

марки 06ХН28МТ, 06ХН28МДТ 7,95

марки 08Х22Н6Т, 12Х21Н5Т 7,6

Чавун білий 7.6 - 7.8

Чавун сірий 7.0 - 7.2

У багатьох галузях промислового виробництва, а також у будівництві та сільському господарстві використовується поняття "щільність матеріалу". Це обчислювана величина, яка є відношенням маси речовини до об'єму, що він займає. Знаючи такий параметр, наприклад, у бетону, будівельники можуть розрахувати необхідну кількість його при заливанні різних залізобетонних конструкцій: будівельних блоків, перекриттів, монолітних стін, колон, захисних саркофагів, басейнів, шлюзів та інших об'єктів.

Як визначити щільність

Важливо відзначити, що, визначаючи щільність будівельних матеріалів, можна використовувати спеціальні довідкові таблиці, де дані ці величини для різних речовин. Також розроблено методи та алгоритми розрахунку, які дозволяють отримувати такі дані на практиці, якщо відсутній доступ до довідкових матеріалів.

Щільність визначається у:

• рідких тіл приладом ареометром (наприклад, відомий усім процес вимірювання параметрів електроліту автомобільного акумулятора);
• твердих і рідких речовин за допомогою формули при відомих вихідних даних маси та обсягу.

Усі самостійні обчислення, звісно, ​​матимуть неточності, адже складно достовірно визначити обсяг, якщо тіло має неправильну форму.

Похибки у вимірах щільності

• Похибка систематична. Вона фігурує постійно чи може змінюватися за певним законом у процесі кількох вимірів однієї й тієї ж параметра. Пов'язана з похибкою шкали приладів, низьким показником чутливості пристрою або ступенем точності формул розрахунку. Так, наприклад, визначаючи масу тіла за допомогою різновагів і ігноруючи вплив сили, що виштовхує, дані отримують приблизними.
• Похибка випадкова. Викликана причинами, що приходять, і надає різний вплив на достовірність визначених даних. Зміна температури навколишнього середовища, атмосферного тиску, вібрації в приміщенні, невидимі випромінювання та коливання повітря - все це відбивається на вимірах. Уникнути такого впливу неможливо.

• Похибка округлення величин. При отриманні проміжних даних для формул часто числа мають безліч значущих цифр після коми. Необхідність обмеження кількості цих знаків передбачає появу похибки. Частково знизити таку неточність можна, залишаючи у проміжних розрахунках на кілька порядків цифр більше, ніж потребує кінцевого результату.
• Похибки недбалості (промахи) з'являються внаслідок помилковості обчислень, неправильності включення меж вимірювання чи приладу загалом, нерозбірливості контрольних записів. Отримані таким чином дані можуть різко відрізнятись від аналогічно проведених розрахунків. Тому їх треба видаляти, а роботу виконати заново.

Вимірювання істинної щільності

Розглядаючи густину матеріалу будівництва, потрібно враховувати його справжній показник. Тобто коли структура речовини одиниці об'єму не містить раковин, порожнин і сторонніх включень. Насправді немає абсолютної однорідності, коли, наприклад, бетон заливають у форму. Щоб визначити реальну його міцність, яка залежить від щільності матеріалу, проводять наступні операції:

• Структуру подрібнюють до стану порошку. На цьому етапі позбавляються пір.
• Просушують при температурі понад 100 градусів, з проби видаляють залишки вологи.
• Охолоджують до кімнатної температури і пропускають через дрібне сито з розміром осередку 0,20 х 0,20 мм, надаючи однорідність порошку.
• Отриманий зразок зважують на електронних терезах високої точності. Об'єм обчислюють в об'ємомер методом занурення в рідку структуру і вимірювання витісненої рідини (пікнометричний аналіз).

Розрахунок проводять за формулою:

де m - маса зразка в г;

V - величина обсягу см 3 .

Часто застосовується вимірювання щільності кг/м 3 .

Середня щільність матеріалу

Щоб визначити, як поводяться будівельні матеріали в реальних умовах експлуатації під впливом вологи, позитивних та негативних температур, механічних навантажень, потрібно використовувати середній показник густини. Він характеризує фізичний стан матеріалів.

Якщо справжня щільність - постійна величина і залежить лише від хімічного складу та структури кристалічної ґрати речовини, то середня щільність визначається пористістю структури. Вона є відношення маси матеріалу в однорідному стані до обсягу займаного простору в природних умовах.

Середня щільність дає уявлення інженеру про механічну міцність, рівень вологопоглинання, коефіцієнт теплопровідності та інші важливі фактори, що використовуються в будівництві елементів.

Поняття насипної щільності

Вводять для аналізу сипких будівельних матеріалів (піску, гравію, керамзиту та ін.). Показник важливий до розрахунку економічно вигідного застосування тих чи інших компонентів будівельної суміші. Він показує відношення маси речовини до обсягу, який займає у стані пухкої структури.

Наприклад, якщо відома матеріал зернистої форми і середня щільність зерен, то легко визначити параметр порожнечі. При виготовленні бетону доцільніше застосовувати наповнювач (жвір, щебінь, пісок), що має меншу пористість сухої речовини, так як на його заповнення піде базовий цементний матеріал, що збільшить собівартість.

Показники густини деяких матеріалів

Якщо взяти розрахункові дані деяких таблиць, то вони:

• матеріалів, у складі яких присутні оксиди кальцію, кремнію та алюмінію, варіюється від 2400 до 3100 кг на м3.
• Деревних порід з основою з целюлози – 1550 кг на м 3 .
• Органіки (вуглець, кисень, водень) – 800-1400 кг на м 3 .
• Металів: сталь – 7850, алюміній – 2700, свинець – 11300 кг на м 3 .

За сучасних технологій будівництва будівель показник щільності матеріалу важливий з погляду міцності несучих конструкцій. Усі теплоізоляційні та вологоізоляційні функції виконують матеріали низької щільності зі структурою закритих пір.

Щільністю прийнято називати таку фізичну величину, яка визначає відношення маси предмета, речовини або рідини до об'єму, що займається ними, в просторі. Поговоримо про те, що таке щільність, чим відрізняється щільність тіла та речовини і як (за допомогою якої формули) визначити щільність у фізиці.

Види щільності

Слід уточнити, що щільність може бути поділена на кілька видів.

Залежно від об'єкта, що досліджується:

• Щільність тіла – для однорідних тіл – це пряме відношення маси тіла до його обсягу, який займає у просторі.
• Щільність речовини – це щільність тіл, що складаються з цієї речовини. Щільність речовин стала. Існують спеціальні таблиці, де позначено щільність різних речовин. Наприклад, густина алюмінію дорівнює 2,7 * 103 кг/м 3 . Знаючи щільність алюмінію та масу тіла, яке з нього виготовлено, ми можемо обчислити об'єм цього тіла. Або, знаючи, що тіло складається з алюмінію і знаючи обсяг цього тіла, ми можемо з легкістю обчислити його масу. Як визначити ці величини, ми розглянемо трохи пізніше, коли виведемо формулу для обчислення щільності.
• Якщо тіло складається з декількох речовин, то для визначення його густини необхідно обчислити густину його деталей для кожної речовини окремо. Така щільність називається середньою густиною тіла.

Залежно від пористості речовини, з якої складається тіло:

• Справжня щільність - це щільність, яка обчислюється без урахування порожнеч у тілі.
• Питома щільність - або щільність, що здається, - це та, яка обчислена з урахуванням порожнеч тіла, що складається з пористої або розсипчастої речовини.

Отже, як знайти густину?

Формула для обчислення густини

Формула, що допомагає знайти щільність тіла, виглядає так:

• p = m/V, де p – щільність речовини, m – маса тіла, V – об'єм тіла у просторі.

Якщо ми обчислюємо щільність того чи іншого газу, то формула виглядатиме так:

• p = M / V m p - густина газу, M - молярна маса газу, V m - молярний об'єм, який за нормальних умов дорівнює 22,4 л/моль.

Приклад: маса речовини 15 кг, вона займає 5 літрів. Яка густина речовини?

Рішення: підставляємо значення формулу

• р = 15/5 = 3 (кг/л)

Відповідь: густина речовини 3 кг/л

Одиниці виміру щільності

Крім знань про те, як знайти щільність тіла та речовини, необхідно знати і одиниці виміру щільності.

• Для твердих тіл - кг/м 3 г/см 3
• Для рідин – 1 гр/л або 10 3 кг/м 3
• Для газів – 1 гр/л або 10 3 кг/м 3

Докладніше про одиниці виміру щільності можна прочитати в нашій статті.

Як знайти щільність у домашніх умовах

Для того, щоб знайти щільність тіла або речовини в домашніх умовах, вам знадобляться:

1. Терези;
2. сантиметр, якщо тіло тверде;
3. Посудина, якщо ви хочете виміряти щільність рідини.

Щоб виявити щільність тіла в домашніх умовах, потрібно виміряти його об'єм за допомогою сантиметра або судини, а потім поставити тіло на ваги. Якщо ви вимірюєте щільність рідини, то не забудьте відняти перед розрахунками масу судини, в яку ви налили рідину. Щільність газів у домашніх умовах вирахувати набагато складніше, ми рекомендуємо скористатися готовими таблицями, у яких вже позначені густини різних газів.

Рисунок 1. Таблиця густин деяких речовин. Автор24 - інтернет-біржа студентських робіт

Всі тіла в навколишньому світі мають різні розміри та обсяги. Але навіть за однакових об'ємних даних маса речовин істотно відрізнятиметься. У фізиці таке явище називають густиною речовини.

Щільність - це основне фізичне поняття, що дає уявлення про характеристики будь-якої відомої речовини.

Визначення 1

Щільність речовини - фізична величина, яка показує масу певної речовини в одиниці обсягу.

Одиницями обсягу в перерахунку щільності речовини є кубічний метр або кубічний сантиметр. Визначення щільності речовини здійснюється спеціальним обладнанням та приладами.

Для визначення щільності речовини необхідно масу тіла поділити на власний об'єм. При розрахунку густини речовини використовують такі величини:

масу тіла ($ m $); обсяг тіла ($ V $); густина тіла ($ρ$)

Примітка 1

$ρ$ - це літера грецького алфавіту "ро" і її не можна плутати зі схожим позначенням тиску – $p$ («пэ»).

Формула густини речовини

Розрахунок густини речовини відбувається з використання системи вимірювань СІ. У ній одиниці щільності виражаються у кілограмах на кубічний метр чи грамах на кубічний сантиметр. Також можна використовувати будь-яку систему виміру.

У речовини бувають різні ступені щільності, якщо вона перебуває у різних агрегатних станах. Іншими словами, щільність речовини, що знаходиться в твердому стані, буде іншим, ніж щільність цієї речовини в рідкому або газоподібному стані. Наприклад, для води характерна щільність у звичайному рідкому стані 1000 кілограмів на кубічний метр. У замороженому стані вода (лід) матиме густину вже 900 кілограмів на кубічний метр. Водяна пара за нормального атмосферного тиску і температури близької до нуля градусів матиме щільність 590 кілограмів на кубічний метр.

Стандартна формула щільності речовини виглядає так:

Крім стандартної формули, яка використовується лише для твердих речовин, існує формула для газу в нормальних умовах:

$ρ = M / Vm$, де:

• $M$ - молярна маса газу,
• $Vm$ - молярний обсяг газу.

Існують два види твердих тіл:

• пористі;
• сипкі.

Примітка 2

Їхні фізичні характеристики безпосередньо впливають на показники щільності речовини.

Щільність однорідних тіл

Визначення 2

Щільністю однорідних тіл називають відношення маси тіла до його об'єму.

У поняття густини речовини вміщують визначення густини однорідного і рівномірно розподіленого тіла з неоднорідною структурою, що складається з цієї речовини. Це стала величина й у більшого розуміння інформації формують спеціальні таблиці, де зібрані все поширені речовини. Значення по кожній речовині поділені на три складові:

• щільність тіла у твердому стані;
• щільність тіла у рідкому стані;
• щільність тіла у газоподібному стані.

Вода досить однорідна речовина. Деякі речовини менш однорідні, тому їм визначають середню щільність тіла. Для виведення цього значення необхідно знати результат речовини по кожному компоненту окремо. Сипучі і пористі тіла мають справжню щільність. Вона визначається без урахування порожнеч у своїй структурі. Питому щільність можна розрахувати шляхом розподілу маси речовини на весь об'єм, який він займає.

Подібні величини пов'язані між собою коефіцієнтом пористості. Він є відношенням обсягу порожнеч до загального обсягу тіла, яке в даний момент досліджується.

Щільність речовин залежить багатьох додаткових чинників. Ряд їх одночасно підвищують одних речовин цю величину, а інших - знижують. За низької температури відбувається збільшення щільності речовини. Деякі речовини здатні реагувати зміну температурного режиму по-різному. У цьому випадку прийнято говорити, що щільність при певному температурному діапазоні поводиться аномально. До таких речовин часто відносять бронзу, воду, чавун та деякі інші сплави. Щільність води має найбільший показник за 4 градусів за Цельсієм. При подальшому нагріванні або охолодженні цей показник також може істотно змінюватися.

Метаморфози із щільністю води відбуваються при переході з одного агрегатного стану до іншого. Показник ρ змінює у цих випадках свої значення стрибкоподібним чином. Він поступово збільшується під час переходу в рідину з газоподібного стану, а також у момент кристалізації рідини.

Існує і чимало виняткових випадків. Наприклад, кремній має затвердіння невеликі значення по щільності.

Вимірювання щільності речовини

При ефективному вимірюванні густини речовини зазвичай використовують спеціальне обладнання. Воно складається з:

• ваг;
• вимірювального приладу у вигляді лінійки;
• мірної колби.

Якщо досліджувана речовина знаходиться у твердому стані, то як вимірювальний прилад використовують мірку у вигляді сантиметра. Якщо досліджувана речовина знаходиться у рідкому агрегатному стані, то при вимірюваннях використовують мірну колбу.

Спочатку потрібно виміряти об'єм тіла за допомогою сантиметра або мірної колби. Дослідник спостерігає за шкалою вимірювань і фіксує результат, що вийшов. Якщо досліджується дерев'яний брус кубічної форми, то щільність дорівнюватиме значення сторони, зведену в третій ступінь. При дослідженні рідини необхідно додатково враховувати масу судини, за допомогою якої проводяться виміри. Отримані значення необхідно підставити в універсальну формулу щільності речовини і розрахувати показник.

Для газів розрахунок показника відбувається дуже складно, оскільки необхідно користуватися різними вимірювальними приладами.

Зазвичай до розрахунку щільності речовин використовують ареометр. Він призначений для отримання результатів рідин. Справжню густину вивчають за допомогою пікнометра. Ґрунти досліджують за допомогою бурів Качинського та Зайдельмана.

Поставимо на чашки ваг (мал. 122) залізний та алюмінієвий циліндри однакового об'єму. Рівноваги ваги порушилися. Чому?

Рис. 122

Виконуючи лабораторну роботу, ви вимірювали масу тіла, порівнюючи масу гир із масою тіла. При рівновазі терезів ці маси були рівні. Порушення рівноваги означає, що маси тіл не однакові. Маса залізного циліндра більша за масу алюмінієвого. Але об'єми циліндрів рівні. Отже, одиниця об'єму (1 см 3 чи 1 м 3 ) заліза має більшу масу, ніж алюмінію.

Маса речовини, що міститься в одиниці об'єму, називається щільністю речовини. Щоб знайти щільність, необхідно масу речовини розділити з його обсяг. Щільність позначається грецькою літерою ρ(ро). Тоді

щільність = маса/обсяг

ρ = m/V.

Одиницею вимірювання щільності СІ є 1 кг/м 3. Щільності різних речовин визначені на досвіді та представлені в таблиці 1. На рисунку 123 зображено маси відомих вам речовин в обсязі V = 1 м 3 .

Рис. 123

Щільність твердих, рідких та газоподібних речовин
(При нормальному атмосферному тиску)

Як розуміти, що густина води ρ = 1000 кг/м 3 ? Відповідь це питання випливає з формули. Маса води обсягом V = 1 м 3 дорівнює m = 1000 кг.

З формули густини маса речовини

m = ρV.

З двох тіл рівного об'єму велику масу має тіло, у якого щільність речовини більша.

Порівнюючи щільності заліза ρ ж = 7800 кг/м 3 і алюмінію ρ ал = 2700 кг/м 3 ми розуміємо, чому в досвіді (див. рис. 122) маса залізного циліндра виявилася більшою за масу алюмінієвого циліндра такого ж об'єму.

Якщо об'єм тіла виміряний см 3 , то для визначення маси тіла зручно використовувати значення щільності ρ, виражене в г/см 3 .

Формула густини речовини ρ = m/V застосовується для однорідних тіл, тобто для тіл, що складаються з однієї речовини. Це тіла, що не мають повітряних порожнин або містять домішок інших речовин. За значенням виміряної густини судять про чистоту речовини. Чи не доданий, наприклад, всередину злитка золота будь-який дешевий метал.

Подумайте та дайте відповідь

1. Як би змінилася рівновага ваг (див. рис. 122), якби замість залізного циліндра на чашку поставили дерев'яний циліндр такого ж об'єму?
2. Що таке густина?
3. Чи залежить щільність речовини від його обсягу? Від маси?
4. У яких одиницях вимірюється густина?
5. Як перейти від одиниці щільності г/см3 до одиниці щільності кг/м3?

Цікаво знати!

Як правило, речовина у твердому стані має щільність більшу, ніж у рідкому. Винятком із цього правила є лід і вода, що складаються з молекул H 2 O. Щільність льоду ρ = 900 кг/м 3 щільність води? = 1000 кг/м3. Щільність льоду менша за щільність води, що вказує на менш щільну упаковку молекул (тобто великі відстані між ними) у твердому стані речовини (лід), ніж у рідкому (вода). Надалі ви зустрінетеся і з іншими дуже цікавими аномаліями (ненормальностями) у властивостях води.

Середня щільність Землі дорівнює приблизно 5,5 г/см 3 . Цей та інші відомі науці факти дозволили зробити деякі висновки про будову Землі. Середня товщина земної кори близько 33 км. Земна кора складена переважно з ґрунту та гірських порід. Середня щільність земної кори дорівнює 2,7 г/см 3 , а щільність порід, що залягають безпосередньо під земною корою, - 3,3 г/см 3 . Але обидві ці величини менше 5,5 г/см 3 , тобто менше середньої щільності Землі. Звідси випливає, що щільність речовини, що знаходиться в глибині земної кулі, більша за середню щільність Землі. Вчені припускають, що в центрі Землі щільність речовини досягає значення 11,5 г/см 3 , тобто наближається до щільності свинцю.

Середня щільність тканин тіла людини дорівнює 1036 кг/м 3 щільність крові (при t = 20 ° С) - 1050 кг/м 3 .

Малу густину деревини (в 2 рази менше, ніж пробки) має дерево бальсу. З нього роблять плоти, рятувальні пояси. На Кубі росте дерево ешиномена колючеволоса, деревина якої має щільність у 25 разів меншу за щільність води, тобто ρ = 0,04 г/см 3 . Дуже велика щільність деревини у зміїного дерева. Дерево тоне у воді, як камінь.

Зробіть вдома самі

Виміряйте щільність мила. Для цього використовуйте шматок мила прямокутної форми. Порівняйте значення виміряної вами густини зі значеннями, отриманими вашими однокласниками. Чи рівні отримані значення густини? Чому?

Цікаво знати

Вже за життя знаменитого давньогрецького вченого Архімеда (мал. 124) про нього складалися легенди, приводом для яких були його винаходи, що вражали сучасників. Одна з легенд свідчить, що сиракузький цар Герон II попросив мислителя визначити, чи з чистого золота зроблена його корона чи ювелір підмішав туди значну кількість срібла. Звичайно ж, корона при цьому мала залишитися цілою. Визначити масу корони Архімед праці не склало. Набагато складніше було точно виміряти об'єм корони, щоб розрахувати щільність металу, з якого вона відлита, і визначити, чи це золото. Труднощі полягали в тому, що вона мала неправильну форму!

Рис. 124

Якось Архімед, поглинений думками про корону, приймав ванну, де йому спала на думку блискуча ідея. Об'єм корони можна визначити, вимірявши об'єм витісненої нею води (вам знайомий такий спосіб вимірювання об'єму тіла неправильної форми). Визначивши обсяг корони та її масу, Архімед обчислив густину речовини, з якої ювелір виготовив корону.

Як свідчить легенда, щільність речовини корони виявилася меншою за щільність чистого золота, і нечистий на руку ювелір був викритий в обмані.

Вправи

1. Щільність міді ρ м = 8,9 г/см 3 , а щільність алюмінію - ρ ал = 2700 кг/м 3 . Щільність якої речовини більша і у скільки разів?
2. Визначте масу бетонної плити, об'єм якої V = 3 м 3 .
3. З якої речовини виготовлена ​​куля об'ємом V = 10 см 3 якщо її маса m = 71 г?
4. Визначте масу шибки, довжина якого a = 1,5 м, висота b = 80 см і товщина c = 5,0 мм.
5. Загальна маса N = 7 однакових листів покрівельного заліза m = 490 кг. Розмір кожного листа 1 x 1,5 м. Визначте товщину листа.
6. Сталевий та алюмінієвий циліндри мають однакові площі поперечного перерізу та маси. Який із циліндрів має велику висоту і у скільки разів?