Плотностью вещества называется величина, численно равная массе единицы объёма этого вещества.
Каждое вещество занимает некоторый объём. И может оказаться, что объёмы двух тел равны, а их массы различны. В этом случае говорят, что плотности этих веществ различны.
Рис. (1). Тела равных объёмов на весах
Рассмотрим кусок железа, масса которого равна 1 кг, и кусок дерева, масса которого равна 1 кг. Объём дерева больше, чем объём куска железа. Плотность дерева меньше, чем плотность железа (молекулы прилегают не так плотно друг к другу).
Рис. (2). Железо и дерево
Плотность равна отношению массы тела к его объёму.
В физике плотность обозначают греческой буквой (ρ) (ро).
, где (m) — масса, (V) — объём.
Основной единицей плотности вещества является
кгм3
. Иногда используют единицу плотности
г/см3
.
Пример:
плотность железа равна 7900
кгм3
, это означает, что масса 1
м3
железа равна 7900 кг.
Плотность воды равна 1000
кгм3
, значит, масса 1
м3
воды равна 1000 кг.
Выражая по-другому, плотность воды равна 1
г/см3
, значит, масса 1
см3
воды равна 1 г.
В различных состояниях плотность вещества различна.
Например, плотность расплавленного железа меньше плотности твёрдого железа.
Плотности веществ могут быть очень различны. Самое плотное вещество находится не на Земле.
Например, в космосе плотность белого карлика Сириуса Б (звезда) так велика, что масса спичечного коробка из этого вещества была бы равна 127 тоннам.
Пример:
10 вёдер вместимостью 1 литр до краёв наполнены мёдом, масса всего мёда равна 14 кг. Найди плотность мёда.
|
(V )(= )(10) л (=) 0,01 м3 ; |
ρ=mV | ρ (= )14 кг0,01м3=1400кгм3 |
Обрати внимание!
Плотность вещества зависит от температуры: при повышении температуры обычно плотность снижается. Это связано с термическим расширением, когда при неизменной массе увеличивается объём.
Источники:
Рис. 1. Тела равных объёмов на весах. © ЯКласс.
Любое физическое тело имеет некоторую массу. Определить массу тела можно с помощью весов — путем взвешивания. А также и более сложным способом — при взаимодействии двух тел, зная их скорости, и массу одного из них. Согласитесь, что первый способ — более легкий и практичный.
Тела имеют разные характеристики: разные размеры и формы, разные материалы, разные состояния и структуру (жидкие, твердые и газообразные), разные массы.
Сегодня мы познакомимся с такой характеристикой как плотность. Она покажет и объяснит нам, как может различаться масса тел одинаковой формы и размера.
Связь массы, объема и вещества, из которого состоит тело
Рассмотрим опыт, представленный на рисунке 1.
Возьмем два одинаковых цилиндра: они одинаковой формы и объема, но изготовлены из разных материалов.
Один сделан из алюминия, а другой из свинца. Поместим их на разные чаши весов.
В итоге, мы увидим, что масса цилиндра из алюминия будет почти в 4 раза меньше массы цилиндра из свинца.
Тела, имеющие равные объемы, но состоящие из разных веществ, имеют разные массы.
На рисунке изображены 2 тела массой $100 space г$: лед, железо и золото.
Здесь представлены тела одинаковой массы, но взгляните на их объем. Объем льда будет почти в 8,5 раз больше объема куска железа той же массы. А объем золота будет почти в 3 раза меньше объема железа.
Тела с равными массами, но состоящие из разных веществ, имеют разные объемы.
Определение плотности вещества
Вышерассмотренные свойства веществ, из которых состоят тела, объясняется тем, что разные вещества имеют разную плотность.
Рассмотрим два тела объемом $1 space м^3$ каждое. Если они будут состоять из разных веществ, то их массы тоже будут разными.
Итак, алюминий такого объема будет иметь массу 2700 кг, а свинец такого же объема ( $1 space м^3$) будет имеет массу 11 300 кг.
На рисунке 3 приведены другие примеры тел равного объема, но состоящих из разных веществ.
Плотность показывает, чему равна масса вещества, взятого в объеме $1 space м^3$ (или $1 space см^3$). Чтобы найти плотность вещества, нужно массу тела разделить на его объем.
По какой формуле можно рассчитать плотность вещества? Дадим определение.
Плотность — это физическая величина, которая равна отношению массы тела к его объему:
$плотность = frac{масса}{объем}$
или
$rho = frac{m}{V}$,
где $rho$ (“ро”) — плотность вещества, $m$ — масса тела, $V$ — объем тела.
Единицы измерения плотности
Какова единица плотности в СИ?
В СИ плотность вещества измеряется в килограммах на кубический метр ($1 frac{кг}{м^3}$).
Какие еще единицы плотности вам известны?
Часто используется другая единица измерения — граммы на кубический сантиметр ($1 frac{г}{см^3}$) (рисунок 4).
Иногда нам потребуется переводить плотность веществ, выраженную в $frac{кг}{м^3}$ в $ frac{г}{см^3}$.
Давайте выразим плотность мрамора ($2700 frac{кг}{м^3}$) в $frac{г}{см^3}$:
$$rho = 2700 cdot frac{1 space кг}{1 space м^3} = 2700 cdot frac{1000 space г}{1 space 000 space 000 space см^3} = frac{2700}{1000} cdot frac{г}{см^3} = 2.7 frac{г}{см^3}$$
Таблицы плотности некоторых тел и веществ
Плотность одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях различна.
Например, плотность воды составляет $1000 frac{кг}{м^3}$, льда — $900 frac{кг}{м^3}$, водяного пара — $0.590 frac{кг}{м^3}$ (рисунок 5).
Плотности различных твердых тел
| Твердое тело | $rho, frac{кг}{м^3}$ | $rho, frac{г}{см^3}$ | Твердое тело | $rho, frac{кг}{м^3}$ | $rho, frac{г}{см^3}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| Осмий | 22 600 | 22,6 | Мрамор | 2700 | 2,7 |
| Иридий | 22 400 | 22,4 | Стекло | 2500 | 2,5 |
| Платина | 21 500 | 21,5 | Фарфор | 2300 | 2,3 |
| Золото | 19 300 | 19,3 | Бетон | 2300 | 2,3 |
| Свинец | 11 300 | 11,3 | Кирпич | 1800 | 1,8 |
| Серебро | 10 500 | 10,5 | Сахар | 1600 | 1,6 |
| Медь | 8900 | 8,9 | Оргстекло | 1200 | 1,2 |
| Латунь | 8500 | 8,5 | Капрон | 1100 | 1,1 |
| Сталь, железо | 7800 | 7,8 | Полиэтилен | 920 | 0,92 |
| Олово | 7300 | 7,3 | Парафин | 900 | 0,90 |
| Цинк | 7100 | 7,1 | Лед | 900 | 0,90 |
| Чугун | 7000 | 7,0 | Дуб сухой | 700 | 0,70 |
| Корунд | 4000 | 4,0 | Сосна сухая | 400 | 0,40 |
| Алюминий | 2700 | 2,7 | Пробка | 240 | 0,24 |
Плотности различных жидкостей
| Жидкость | $rho, frac{кг}{м^3}$ | $rho, frac{г}{см^3}$ | Жидкость | $rho, frac{кг}{м^3}$ | $rho, frac{г}{см^3}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| Ртуть | 13 600 | 13,60 | Керосин | 800 | 0,80 |
| Серная кислота | 1800 | 1,80 | Спирт | 800 | 0,80 |
| Мед | 1350 | 1,35 | Нефть | 800 | 0,80 |
| Вода морская | 1030 | 1,03 | Ацетон | 790 | 0,79 |
| Молоко цельное | 1030 | 1,03 | Эфир | 710 | 0,41 |
| Вода чистая | 1000 | 1,00 | Бензин | 710 | 0,71 |
| Масло подсолнечное | 930 | 0,93 | Жидкое олово (при $400^{circ}$) | 6800 | 6,80 |
| Масло машинное | 900 | 0,90 | Жидкий воздух (при $-194^{circ}$) | 860 | 0,86 |
Плотности различных газов
| Газ | $rho, frac{кг}{м^3}$ | $rho, frac{г}{см^3}$ | Газ | $rho, frac{кг}{м^3}$ | $rho, frac{г}{см^3}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| Хлор | 3,210 | 0,00321 | Угарный газ | 1,250 | 0,00125 |
| Углекислый газ | 1,980 | 0,00198 | Природный газ | 0,800 | 0,0008 |
| Кислород | 1,430 | 0,00143 | Водяной пар (при $100^{circ}$) | 0,590 | 0,00059 |
| Воздух (при $0^{circ}C$ | 1,290 | 0,00129 | Гелий | 0,180 | 0,00018 |
| Азот | 1,250 | 0,00125 | Водород | 0,090 | 0,00009 |
Примеры задач на расчет плотности вещества
Задача №1
В таблице 1 указана плотность сахара — $1600 frac{кг}{м^3}$. Что это значит? Какой здесь физический смысл?
Посмотреть ответ
Скрыть
Ответ:
Значение плотности показывает нам, какое количество вещества (его масса) будет находиться в объеме $1 space м^3$. Итак, это означает, что масса сахара объемом $1 space м^3$ будет равна $1600 space кг$.
Задача №2
Канистра объемом 30 л наполнена бензином. Масса полной канистры составляет 21,3 кг. Рассчитайте плотность бензина.
Переведем литры в кубические метры ($1 space л = 0.001 space м^3$):
$30 cdot 0.001 = 0.03 space м^3$.
Дано:
$V = 30 space л$
$m = 21.3 space кг$
$rho -?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
По определению плотности:
$rho = frac{m}{V}$.
$rho = frac{21.3 space кг}{0.03 space м^3} = 710 frac{кг}{м^3}$.
Если мы сравним полученное значение с табличным, то получим подтверждение, что задача решена верно.
Ответ: $rho = 710 frac{кг}{м^3}$.
Задача №3
Деревянный брусок из березы имеет следующие размеры: длину 3 м, высоту 10 см, и ширину 50 см. Масса бруска составляет 75 кг. Найдите плотность березы.
Дано:
$а = 3 space м$
$b = 10 space см$
$c = 50 space см$
$m = 75 space кг$
$rho -?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Найдем объем бруска:
$V = a cdot b cdot c$,
$V = 3 space м cdot 0.1 space м cdot 0.5 space м = 0.15 space м^3$.
По определению плотности:
$rho = frac{m}{V}$.
$rho = frac{75 space кг}{0.15 space м^3} = 500 frac{кг}{м^3}$.
Ответ: $rho = 500 frac{кг}{м^3}$.
Больше задач с подробными решениями смотрите в отдельном уроке.
Упражнения
Упражнение №1
Плотность редкого металла осмия равна $22 space 600 frac{кг}{м^3}$. Что это означает?
Посмотреть ответ
Скрыть
Ответ:
Значение плотности показывает нам, какое количество вещества (его масса) будет находиться в объеме $1 space м^3$. Итак, это означает, что масса осмия объемом $1 space м^3$ будет равна $22 space 600 space кг$ или $22.6 space т$.
Упражнение №2
Пользуясь таблицами плотностей (таблицы 1, 2), определите, плотность какого вещества больше: цинка или серебра; бетона или мрамора; бензина или спирта.
Показать ответ
Скрыть
Плотность цинка составляет $7100 frac{кг}{м^3}$, а серебра — $10 space 500 frac{кг}{м^3}$. Получается, что плотность серебра больше плотности цинка.
Плотность бетона составляет $2300 frac{кг}{м^3}$, а мрамора — $2700 frac{кг}{м^3}$. Получается, что плотность мрамора больше плотности бетона.
Плотность бензина составляет $710 frac{кг}{м^3}$, а спирта — $800 frac{кг}{м^3}$. Получается, что плотность спирта больше плотности бензина.
Упражнение №3
Три кубика — из мрамора, льда и латуни — имеют одинаковый объем. Какой из них имеет большую массу, а какой — меньшую?
Показать ответ
Скрыть
Выразим массу из формулы плотности:
$rho = frac{m}{V}$,
$m = rho V$.
Объем кубиков у нас одинаковый. Значит, чем больше плотность вещества, из которого изготовлен кубик, тем больше его масса.
Плотность мрамора составляет $2700 frac{кг}{м^3}$, льда — $900 frac{кг}{м^3}$, а латуни — $8500 frac{кг}{м^3}$. У латуни наибольшая плотность, а у льда — наименьшая. Значит, кубик из латуни будет иметь наибольшую массу, а из льда — наименьшую.
Упражнение №4
Самое легкое дерево — бальза. Масса древесины этого дерева равна $12 space г$ при объеме в $100 space см^3$. Определите плотность древесины в $frac{г}{см^3}$ и $frac{кг}{м^3}$.
Дано:
$m = 12 space г$
$V = 100 space см^3$
$rho — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Мы не стали переводить единицы измерения в СИ. Сначала мы рассчитаем плотность этой древесины в $frac{г}{см^3}$, а затем переведем в $frac{кг}{м^3}$.
Рассчитаем плотность по известной нам формуле:
$rho = frac{m}{V}$,
$rho = frac{12 space г}{100 space см^3} = 0.12 frac{г}{см^3}$.
Теперь переведем полученное значение в $frac{кг}{м^3}$:
$rho = 0.12 frac{г}{см^3} = 0.12 frac{0.001 space кг}{0.01^3 space м^3} = 0.12 frac{10^{-3} space кг}{10^{-6} space м^3} = 0.12 cdot 10^3 frac{кг}{м^3} = 120 frac{кг}{м^3}$.
Ответ: $rho = 0.12 frac{г}{см^3} = 120 frac{кг}{м^3}$.
Упражнение №5
Кусочек сахара имеет размеры: $а = 2.5 space см$, $b = 1 space см$, $с = 0.7 space см$ (рис. 53). Его масса равна $0.32 space г$. Определите плотность сахара. Проверьте полученный результат по таблице 1.
Дано:
$а = 2.5 space см$
$b = 1 space см$
$с = 0.7 space см$
$m = 0.32 space г$
$rho — ?$
Показать решение и ответ
Скрыть
Решение:
Чтобы рассчитать плотность сахара, нужно знать его объем. Его мы можем вычислить перемножив друг на друга известные высоту, ширину и длину:
$V = a cdot b cdot c$.
Подставим в формулу плотности и рассчитаем ее:
$rho = frac{m}{V} = frac{m}{a cdot cdot b cdot c}$,
$rho = frac{0.32 space г}{2.5 space см cdot 1 space см cdot 0.7 space см} = frac{0.32 space г}{1.75 space см^3} approx 0.18 frac{г}{см^3}$.
Полученный результат не совпадает с табличным ($rho = 1.6 frac{г}{см^3}$). Расчеты произведены верно, значит ошибка или в условии задачи, или мы наблюдаем очень необычный сахар.
Ответ: $rho approx 0.18 frac{г}{см^3}$.
Задание
В вашем распоряжении имеются весы с разновесами, измерительный цилиндр с водой и металлический шарик на нити. Предложите, как определить плотность шарика.
Взвесим шарик, мы узнаем его массу. Чтобы определить его объем, мы можем использовать измерительный цилиндр с водой. Для этого нужно опустить шарик в воду, и посмотреть, до какого уровня теперь поднялась воды. Разность этого объема и первоначального объема жидкости будет равна объему шарику.
Зная его массу и объем, мы сможем рассчитать его плотность по формуле: $rho = frac{m}{V}$.
Задачи на плотность, массу и объем с решением
Формулы, используемые по теме «Задачи на плотность, массу и объем с решением»
Название величины |
Обозначение |
Единицы измерения |
Формула |
Масса |
m |
кг |
m = ρ * V |
Объем |
V |
м3 |
V = m / ρ |
Плотность |
ρ |
г/см3,
|
ρ = m / V |
Плотность равна отношению массы тела к его объёму. Плотность обозначают греческой буквой ρ (ро).
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача № 1.
Найдите плотность молока, если 206 г молока занимают объем 200 см3?
Задача № 2.
Определите объем кирпича, если его масса 5 кг?
Задача № 3.
Определите массу стальной детали объёмом 120 см3
Задача № 4.
Размеры двух прямоугольных плиток одинаковы. Какая из них имеет большую массу, если одна плитка чугунная, другая — стальная?
Решение: Из таблицы плотности веществ (см. в конце страницы) определим, что плотность чугуна (ρ2 = 7000 кг/м3) меньше плотности стали (ρ1 = 7800 кг/м3). Следовательно, в единице объема чугуна содержится меньшая масса, чем в единице объема стали, так как чем меньше плотность вещества, тем меньше его масса, если объемы тел одинаковы.
Задача № 5.
Определите плотность мела, если масса его куска объемом 20 см3 равна 48 г. Выразите эту плотность в кг/м3 и в г/см3.
Ответ: Плотность мела 2,4 г/см3, или 2400 кг/м3.
Задача № 6.
Какова масса дубовой балки длиной 5 м и площадью поперечного сечения 0,04 м2 ?
ОТВЕТ: 160 кг.
Указания к решению. Из формулы для плотности получаем m = p • V. С учетом того, что объем балки V = S • l , получаем: m = p • S • l.
Вычисляем: m = 800 кг/м3 • 0,04 м2 • 5 м = 160 кг.
Задача № 7.
Брусок, масса которого 21,6 г, имеет размеры 4 х 2,5 х 0,8 см. Определить, из какого вещества он сделан.
ОТВЕТ: Брусок сделан из алюминия.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Задача № 8 (повышенной сложности).
Полый медный куб с длиной ребра а = 6 см имеет массу m = 810 г. Какова толщина стенок куба?
ОТВЕТ: 5 мм.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Задача № 9 (олимпиадный уровень).
Масса пробирки с водой составляет 50 г. Масса этой же пробирки, заполненной водой, но с куском металла в ней массой 12 г составляет 60,5 г. Определите плотность металла, помещенного в пробирку.
ОТВЕТ: 8000 кг/м3
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Задачи на плотность,
массу и объем с решением
Справочный материал для
«Задачи на плотность, массу и объем«
Таблица плотности веществ.
Как, зная только массу, рассчитать плотность?
- Если объем тела (вещества) неизвестен или не задан явно в условиях задачи, то попытайтесь его измерить, вычислить или узнать, используя косвенные (дополнительные) данные.
- Если вещество сыпучее или жидкое, то оно, как правило, находится в емкости, которая обычно имеет стандартный объем. Так, например, объем бочки обычно равен 200 литров, объем ведра – 10 литров, объем стакана – 200 миллилитров (0,2 литра), объем столовой ложки – 20 мл, объем чайной – 5 мл. Об объеме трехлитровых и литровых банок нетрудно догадаться из их названия.
- Если жидкость занимает не всю емкость или емкость нестандартная, то перелейте ее в другую тару, объем которой известен.Если подходящей емкости нет, перелейте жидкость с помощью мерной кружки (банки, бутылки). В процессе вычерпывания жидкости просто посчитайте количество таких кружек и умножьте на объем мерной тары.
- Если тело имеет простую форму, то вычислите его объем, используя соответствующие геометрические формулы. Так, например, если тело имеет форму прямоугольного параллелепипеда, то его объем будет равен произведению длин его ребер. То есть: Vпар. = a • b • c, где Vпар. – объем прямоугольного параллелепипеда, а a, b, c — значения его длины, ширины и высоты (толщины), соответственно.
- Если тело имеет сложную геометрическую форму, то попробуйте (условно!) разбить его на несколько простых частей, найти объем каждой из них отдельно и затем сложить полученные значения.
- Если тело невозможно разделить на более простые фигуры (например, статуэтку), то воспользуйтесь методикой Архимеда. Опустите тело в воду и измерьте объем вытесненной жидкости. Если тело не тонет, то «утопите» его с помощью тонкой палочки (проволоки).
- Если объем вытесненной телом воды посчитать проблематично, то взвесьте вылившуюся воду, или найдите разность между начальной и оставшейся массой воды. При этом, количество килограммов воды будет равняться количеству литров, количество граммов – количеству миллилитров, а количество тонн – количеству кубометров.
Задачи на плотность,
массу и объем с решением
ВОПРОСЫ ОТ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ САЙТА
Публикуем популярные вопросы от наших пользователей, оставленные в поле Комментариев. Прежде чем написать свой вопрос, проверьте: нет ли похожей задачи в начале статьи в разделе «Примеры решения задач» или среди вопросов в данном разделе!
Вопрос № 1. Длина стального листа 120 см, ширина 60 см, толщина 10 мм. Определить массу одного листа.
ОТВЕТ:≈ 56 кг.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Вопрос № 2. Какова масса платинового стержня, объём которого равен 21 дм3 ?
ОТВЕТ: 451,5 кг.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Вопрос № 3. Определить плотность бензина, если бак с бензином ёмкостью 20 литров имеет массу 14,2 кг?
Ответ: 710 кг/м3
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Вопрос № 4. Масса бетонного блока, имеющего форму параллелепипеда, равна 12 кг. Какой станет масса блока, если одну его сторону увеличить в 2 раза, вторую – в 2,5 раза, а третью оставить без изменения?
ОТВЕТ: 60 кг.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Вопрос № 5. Сколько рейсов должен сделать самосвал грузоподъемностью 5 т, чтобы перевезти 100 м3 гранита? Плотность гранита 2600 кг/м3.
ОТВЕТ: 52 рейса.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Вопрос № 6. Плотность некоторого раствора 1300 кг/м3. После того как в этот раствор добавили 10 л воды (деминерализованной) плотность этого раствора стала 1290 кг/м3. Сколько литров раствора было с исходной плотностью?
ОТВЕТ: 290 литров.
Нажмите на спойлер, чтобы увидеть РЕШЕНИЕ
Конспект урока по физике в 7 классе «Задачи на плотность, массу и объем с решением». Выберите дальнейшие действия:
- Перейти к теме: «ЗАДАЧИ на силу тяжести и вес тела».
- Вернуться к Списку конспектов по физике для 7-11 классов
- Найти конспект через Кодификатор ОГЭ по физике
- Найти конспект через Кодификатор ЕГЭ по физике
Плотность вещества
4.4
Средняя оценка: 4.4
Всего получено оценок: 120.
Обновлено 16 Июля, 2021
4.4
Средняя оценка: 4.4
Всего получено оценок: 120.
Обновлено 16 Июля, 2021
Как известно из курса физики 7 класса, одной из важнейших характеристик любого тела является его масса. Большие тела, как правило, тяжелы, мелкие — легки. Однако, если тела имеют одинаковые размеры, они вовсе не обязательно будут иметь одну и ту же массу. И это обязательно отразится на физических явлениях с этими телами. Как в физике учитывается различная масса одинаковых по размеру тел?
Масса и плотность вещества
Шарик для настольного тенниса весит 2,7 г.
Но такой же по размеру шарик из дерева будет весить 15–20 г, а из железа — 260 г. Если же шарик изготовить из свинца, его масса достигнет 380 г.
Столь большая разница в массе одинаковых по размеру тел объясняется тем, что элементарные частицы внутри различных веществ имеют различное пространственное расположение, и в одном и том же объёме помещается разное их количество. Например, в ядрах атомов свинца в среднем 208 нуклонов, составляющих основную массу. А в ядрах железа — только 56 нуклонов. В ядрах элементов, из которых состоят молекулы дерева и воздуха, нуклонов ещё меньше.
Мало того, в составе молекул и кристаллических решёток атомы могут находиться на разных расстояниях, и в одном и том же объёме будет помещаться их различное количество. Наконец, в газах молекулы находятся друг от друга на относительно больших расстояниях, это и объясняет лёгкость газов (и малую массу шарика от пинг-понга, на 99 % заполненного воздухом).
Возникает вопрос: как учесть эту разницу?
В физике для этого используется специальная величина — плотность, которая показывает, насколько сильно «упаковано» вещество в данном объёме.
В приведённом примере наивысшая плотность будет у свинцового шарика, наименьшая — у шарика для пинг-понга.
Формула плотности вещества
Плотность вещества равна отношению массы вещества к объёму, который эта масса занимает. Плотность обозначается греческой буквой $rho$ (ро).
То есть, если объём тела обозначить буквой $V$, а массу — $m$, то формула плотности вещества примет вид:
$$rho = {m over V}$$
Из данной формулы можно получить единицу плотности. Поскольку масса измеряется в килограммах, а объём — в кубических метрах, то единицей измерения плотности будет килограмм на кубический метр:
$$[rho] = {кг over м^3}$$
Физический смысл плотности — это масса одного кубического метра данного вещества.
Использование плотности в расчётах
Плотность вещества — это табличная величина, и она позволяет по известной массе вычислить объём тела, или наоборот, получить массу тела известного объёма.
Например, в приведённом примере с шариками из различных веществ не требуется изготавливать шарики, чтобы знать их массу. Достаточно измерить диаметр шарика (для настольного тенниса он составляет 0,04 м) и по геометрическим формулам вычислить его объём (он составит 0,0000335 куб. м). Умножая полученный объём на плотность вещества, взятую из таблицы, можно получить вес шарика, не изготавливая и не взвешивая его. Например, стеклянный шарик такого размера будет весить около 85 г, а золотой шарик — 647 г.
Плотность можно измерить не только для твёрдых, но и для жидких и газообразных тел. Например, плотность воздуха составляет 1,29 кг на кубический метр. А значит, воздух, находящийся в комнате средних размеров (например, $6 times 3.5 times 3$м) весит около 80 кг! Вполне заметная масса, хотя обычно кажется, что воздух ничего не весит. Масса и плотность воздуха впервые была определена Г. Галилеем путём взвешивания сосуда до и после откачивания из него воздуха.
Что мы узнали?
Плотность — это физическая величина, показывающая, насколько сильно «упаковано» вещество в данном объёме. Она равна отношению массы вещества к объёму, занимаемому этой массой, и измеряется в килограммах на кубический метр.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4.4
Средняя оценка: 4.4
Всего получено оценок: 120.
А какая ваша оценка?
Окружающие тела состоят из веществ, масса каждого зависит от размера, объема и других критериев.
Плотность вещества показывает численное выражение массы тела в определенном объеме.
Существуют разные виды скалярной физической величины.
Общая характеристика
Каждый элемент занимает индивидуальную величину. Определение плотности может обозначаться греческой буквой ρ, D или d. Если объемы двух тел одинаковы, а массы различны, тогда плотности не идентичны.
Основные понятия
Определения и характеристики показателя известны с 7 класса школьной программы химии. Плотность представляет собой физическую величину о свойствах вещества. Это удельный вес любого элемента. Существует средняя и относительная плотность. Последняя классификация — это отношение плотности (П) вещества к П эталонного вещества. Часто за эталон принимают дистиллированную воду. Единица измерения П- кг/м3 в интернациональной системе.
Формула нахождения плотности:
P = m/V
Обозначения:
- m — масса.
- V — объем.
Кроме стандартной формулы плотности, применяемой для твердых состояний веществ, имеется формула для газообразных элементов в нормальных условиях.
ρ (газа) = M/Vm M
Расшифровка:
- М — молярная масса газа [г/моль].
- Vm — объем газа (в норме 22,4 л/моль).
Для сыпучих и пористых тел различают истинную плотность, вычисляемую без учета пустот, и удельную плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему объему. Истинную П получают через коэффициент пористости — доли объема пустот в занимаемом объеме. Для сыпучих тел удельная П называется насыпной.
Низкие показатели П имеет среда между Галактиками (1033 кг/м3).
Способы измерения:
- Пикнометр. Измеряет истинную П.
- Ареометр, денсиметр, плотномер. Используется для жидкого состояния.
- Бурик. Измеряет П почвы.
Вещества состоят из молекулярных структур, масса тела формируется из скопления молекул. Аналогично вес пакета с карамелью складывается из масс всех конфет в мешке. Если все сладости одинаковые, то массу упаковки определяют умножением веса одной конфеты на количество штук.
Молекулярные частицы чистого вещества одинаковы, поэтому вес капли воды равен произведению массы 1 молекулы Н2О на число составляющих молекул в капле. Плотность вещества показывает, чему равна масса одного кубического метра.
Плотность воды — 1000 кг/м³, а масса 1 м³ Н2О равна 1000 килограмм. Это число можно вычислить, умножив массу 1 молекулы воды на количество молекулярных частиц, содержащихся в 1 м3 объема.
П льда составляет 900 кг/м³, это значит, что вес кубического метра льда равна 900 кг. Употребляют единицу измерения плотности г/см3.
При равнозначности физических масс двух тел их объемы различаются. Например, объём льда в девять раз больше объема бруска из металлического сплава. Масса тела распределяется неодинаково, устанавливает П в каждой точке тела.
Влияние факторов
П зависит от давления и температуры. При высоком давлении молекулы плотно прилегают друг к другу, поэтому вещество обладает значительной плотностью.
Зависимость показателей учитывается при расчете П. При повышении температуры П снижается из-за термического расширения, при котором объем вырастает, а масса остается прежней. Если температура снижается, П увеличивается, хотя имеются вещества, П которых при некоторых условиях температурного режима ведет себя иначе. Это вода, бронза, чугун. При фазовом переходе, модифицировании агрегатного состояния П меняется скачками. Условия вычисления зависят от свойств веществ, молекулярных элементов. Для разных природных объектов П изменяется в широком диапазоне.
П воды ниже П льда из-за молекулярной структуры твердой формы жидкости. Вещество, переходя из жидкой в твердую форму, изменяет молекулярную структуру, расстояние между составными частицами сужается и плотность увеличивается. Зимой, если забыть слить воду из труб, их разрывает на части после замерзания. На П Н2О влияют примеси. У морской воды знак П выше, чем у пресной. При соединении в одном стакане двух типов жидкости пресная останется на поверхности. Чем выше концентрация соли, тем больше П воды.
Когда плотность вещества больше П воды, оно полностью погрузится в воду. Предметы, сделанные из материала по низкой П, будут плавать на поверхности воды. На практике эти свойства используются человеком. Сооружая суда, инженеры-проектировщики применяют материалы с высокой П. Корабли, теплоходы, яхты смогут затонуть во время плавания, в корпусах суден создают специальные полости, наполненные воздухом, ведь его П ниже плотности воды.
Чтобы наживка для рыбалки погрузилась в воду, ее обременяют тяжелым по плотности материалом, например, грузиком из металла (чаще свинца). Плотность сплава выше, чем у Н2О.
Жирные пятна масла, нефти, бензина остаются на поверхности воды из-за низкой П маслянистых веществ.
Практическое применение
Из учебников химии и физики вычисляют уровень плотности по формуле. Но также это можно сделать, используя онлайн-систему.
Значение показателя
Окружающий мир состоит из разных веществ.
Скамейка в парке или баня за городом сооружены из древесины, подошва утюга, сковорода выполнены из металла, покрышка колеса, велосипеда — из резины. Каждый предмет имеет свой вес.
Черные дыры Вселенной составляют наибольшую плотность 1014 кг/м3. Самый низкий показатель имеет область между Галактиками (2•10−31—5•10−31 кг/м³).
Таблица плотности веществ
| Вещество | Плотность (кг/м3) |
| Сухой воздух | 1,293 |
| Металлы | |
| Осмий | 22,61 |
| Родий | 12,41 |
| Иридий | 22,56 |
| Плутоний | 19,84 |
| Палладий | 12,02 |
| Свинец | 11,35 |
| Платина | 19,59 |
| Золото | 19,30 |
| Сталь | 7,8 |
| Алюминий | 2,7 |
| Медь | 8,94 |
| Газы | |
| Азот | 1,25 |
| Аммиак | 0,771 |
| Аргон | 1,784 |
| Жидкий водород | 70 |
| Гелий в жидком состоянии | 130 |
| Водород | 0,09 |
| Водяной пар | 0,598 |
| Воздух | 1,293 |
| Хлор | 3,214 |
| О2 | 1,429 |
| Углекислый газ | 1,977 |
| Остальные вещества | |
| Тело человека | На вдохе 940-990, при выдохе — 1010-1070 |
| Пресная вода | 1000 |
| Солнце | 1410 |
| Гранит | 2600 |
| Земля | 5520 |
| Железо | 7874 |
| Бензин | 710 |
| Керосин | 820 |
| Молоко | 1040 |
| Этанол | 789 |
| Ацетон | 792 |
| Морская вода | 1030 |
| Древесина | |
| Пихта | 0,39 |
| Ива | 0,46 |
| Ель | 0,45 |
| Сосна | 0,52 |
| Дуб | 0,69 |
П металлов изменяется от минимального значения у лития, который легче Н2О, до максимального значения у осмия, который тяжелее драгоценных металлов.
Способы расчета и примеры
В сети Интернет существует множество приложений для онлайн-расчета плотности веществ или материалов. В стандартные поля калькулятора вводится основная информация: масса, объем, единицы измерения. Плотность вычисляется автоматически по заданным параметрам и выводится на экран интерфейса. Можно перевести информативные данные в нужную единицу измерения.
Без использования учебной информации показатель П можно определить через физические опыты. Для лабораторных изучений нужны весы, сантиметр, если исследуемое тело находится в твердом состоянии. Для жидкости необходима колба.
Сначала измеряют объем тела, записывая результат по цифровой шкале (в сантиметрах или миллилитрах).
Вычисляя объем деревянного бруска квадратной формы, параметр стороны возводится в третью степень. Измеряя объемные характеристики, тело ставят на весы и записывают значение массы. Рассчитывая жидкое состояние, учитывают массу сосуда, куда помещено исследуемое. В формулу подставляют данные и рассчитывают показатель.
Поскольку П измеряется в кг/л или в г/см³, то иногда приходится пересчитывать одни величины в другие.
В одном грамме содержится 0,001 кг, а один кубический сантиметр (см³) — это 0,000001 м³. В 1 г/(см)3 содержится 1000кг/м3.
Пример 1:
Необходимо найти плотность молока, если 350 г занимают 100 см3. Для решения используют формулу, где масса делится на объем.
Решение: P=m/V = 350/100= 3,5 г/см3.
Пример 2:
Необходимо определить П мела, если масса большого куска объемом 20 см3 составляет 48 грамм. П выразить в кг/м3 и вг/см3.
Решение:
Нужно перевести см3 в кубические метры, а граммы — в килограммы.
V = 20см3= 0,00002 м3.
M= 48 г = 0,048 кг.
Плотность мела составляет 0,048 кг/0,00002 м3 = 2400 кг/м3.
Выражаем в г/см3: 2400 кг/м3 = 2400*1000/1000000 см3 = 2,4 г/см3.
Один килограмм равен 1000 грамм, один кубический метр (1м3) содержит 1000000 см 3. Плотность получится 2,4 г/см3или 2400 кг/м3.
Показатель имеет большое значение в разных сферах жизни и деятельности. Он определяется по таблице или высчитывается расчетным путем.