Как найти плотность неизвестной жидкости

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью. 

Предложите способ определения плотности неизвестной жидкости, используя только стакан, воду, весы и гири.

Содержание:

Гидростатическое взвешивание:

На этом принципе основан метод так называемого гидростатического взвешивания. Если в мензурку опустить деревянный брусок, то он будет плавать, но уровень воды поднимется. Объем этой воды равен объему погруженной части бруска, а ее вес — весу бруска. Зная объем и плотность воды, можно рассчитать вес воды и вес тела. Для случая, когда тело тяжелее воды, изготавливают специальный поплавок, дающий возможность телу плавать по поверхности воды.

Гидростатическое взвешивание

Гидростатическое взвешивание — это метод измерения плотности жидкости или твёрдого тела, основанный на законе Архимеда. Плотность твёрдых тел определяют методом двойного взвешивания тела: сначала в воздухе, а потом в жидкости, плотность которой известна. Если определяют плотность жидкости, то в ней взвешивают тело известной массы и объёма.

Если исследуемое сплошное твёрдое тело тонет в воде, то для выполнения задания нужен лишь лабораторный динамометр (или равноплечие весы) и сосуд с водой.

Сначала определяют вес Р исследуемого тела в воздухе:

Потом твёрдое тело погружают в сосуд с жидкостью, плотность которой известна (в случае использования дистиллированной или чистой воды  = 1000 ), и определяют вес тела в жидкости, который по закону Архимеда меньше веса тела в воздухе на значение силы Архимеда       отсюда , или .

Из этой формулы можно определить плотность жидкости, если она неизвестна, а объём тела известен:

Объём жидкости, вытесненной телом, равен объёму тела, но

поскольку  то  . Подставим это в выражение

для архимедовой силы, получим   , отсюда и вытекает искомая формула для определения плотности вещества твёрдого тела: .

Пример №1

Купаясь в реке с илистым дном, можно заметить, что ноги больше вязнут на мелких местах, чем на глубоких. Объясните, почему.

Ответ: так как на глубоких местах действует большая выталкивающая сила.

Пример №2

Определите, какая архимедова сила действует на тело объёмом

5 м³ , погружённое полностью в воду?

Дано: 

V = 5м³

= 9,81 

= 1000 

F_А = 49,05 кН

F_А = ?

Решение:

По формуле определим архимедову силу:

Ответ: = 49,05 кН.

Пример №3

Нужно ли учитывать загрузку судна при переходе его из моря в реку? Догружать или разгружать нужно судно, чтобы его осадка была не глубже ватерлинии?

Ответ: при переходе судна из моря в реку нужно учитывать загрузку судна, так как плотность воды уменьшается. Судно нужно разгружать.

• Заказать решение задач по физике

Теоретические сведения

Гидростатическое взвешивание издавна применяется для определения плотности различных веществ. Для этого используют закон Архимеда. Плотность твердых тел определяют двойным взвешиванием: сначала тело взвешивают в воздухе (при этом в большинстве случаев выталкивающей силой воздуха пренебрегают), а потом — в жидкости, плотность которой известна (например, в воде). Рассмотрим методы определения плотности.

1. Если исследуемое тело тонет в воде (его плотность рт превышает плотность воды рв), то в таком случае используют динамометр и стакан с водой.

Сначала исследуемое тело взвешивают в воздухе (рис. 120, а):

В этом случае архимедовой силой, действующей на тело в воздухе, можно пренебречь, так как плотность воздуха намного меньше плотности тела и воды.

Потом тело опускают в стакан с водой (рис. 120, б), плотность воды известна В этом случае на тело, кроме сил тяжести и упругости пружины динамометра , действует сила Архимеда :

Таким образом, 

2. Для измерения плотности неизвестной жидкости можно воспользоваться также телом, которое не тонет в воде и исследуемой жидкости, например карандашом или другим телом правильной формы. Чтобы карандаш в жидкости занимал вертикальное положение, к его нижнему концу можно приколоть несколько кнопок или намотать несколько витков проволоки.

Если карандаш плавает в воде (рис. 121, а), то сила тяжести действующая на него, равна силе Архимеда . В этом случае

где  — объем тела, a — объем вытесненной телом воды (объем погруженной части тела).

Если тело опустить в неизвестную жидкость (рис. 121, б), плотность которой , то

С этого уравнения имеем

Отсюда

3.    Плотность неизвестной жидкости можно определить с помощью резиновой нити, тела, которое тонет в воде и неизвестной жидкости, и линейки. Последовательность действий при этом показана на рисунке 122.

Длина резиновой нити (или пружины) без нагрузки (рис. 122, а). Если к ней прикрепить тело в воздухе (рис. 122, б), то сила тяжести будет равна по значению силе упругости возникшей в нити. Тело будет в состоянии равновесия.

Теперь, если тело опустить в воду (рис. 122, в), то на него будет действовать еще сила Архимеда:

Опустим тело в жидкость, плотность которой нужно определить (рис. 122, г).

4.    Для определения плотности твердого тела или неизвестной жидкости можно использовать рычаг. Для этого нужно иметь две гирьки, плотность одной из них массой необходимо определить, рычаг, линейку, стаканы с водой и неизвестной жидкостью. Последовательность действий показана на рисунке 123.

Для определения плотности тела используем формулу

Для определения плотности неизвестной жидкости можно использовать формулу

Нахождение плотности неизвестной жидкости

Выполнил работу:

Ученик 8 «Б» класса

МБОУ «Траковская СОШ»

Мульдюков Дмитрий

Учитель: Спасова Валентина Петровна

Цель – узнать способы нахождения неизвестной жидкости . Задачи: 1) изучение нахождения неизвестной жидкости; 2) убедиться в том, что имеется несколько решений; 3) проведение эксперимента и задокументировать его данные. Гипотеза — убедиться в том, что на решение одной задачи имеются несколько решений.

Порядок выполнения работы

• Выполнение работы;
• Материалы и приспособления для эксперимента;
• Первый способ и его описание;
• Расчет плотности неизвестной жидкости первым способом;
• Второй способ. Исследование;
• Расчет плотности неизвестной жидкости вторым способом;
• Третий способ и его характеристика;
• Расчет плотности неизвестной жидкости третьим способом;
• Итоги экспериментов;
• Вывод;
• Использованная литература.

Материалы и приспособления для экспериментов

Для исследовательской работы мне понадобились:

• 1) Стакан с водой;
• 2) Стакан с молоком;
• 3) Линейка;
• 4) Весы;
• 5) Динамометр;
• 6) Груз 50 гр.;
• 7) Нитка;
• Деревянный брусок.

Нахождение неизвестной жидкости: 1-ый способ

• Для начала следует поставить на весы стакан с определённым количеством воды и узнать сколько весит данный объём воды вместе со стаканом.
• После этого мы, освободив стакан от воды, наливаем туда «неизвестную жидкость». Причём наливаем ровно в таком же количестве, в каком наливали воду (V1=V2).
• Точно так же ставим стакан на весы и измеряем его массу.

m1= ρ 1*V1

V1=m1/ ρ 1

Теперь, зная вес нашей неизвестной жидкости и зная плотность воды (1г/см), мы можем составить пропорцию: V1=V2 m1/m2 = ρ 1/ ρ 2, где m1 — масса воды, m2 — масса неизвестного вещества, ρ 1 — плотность воды, ρ 2 — искомая плотность неизвестного вещества.

m1/m2 = ρ 1/ ρ 2 m1= 380г

m1* ρ 2=m2* ρ 1 m2= 391г

ρ 2= (m2* ρ 1)/m1 ρ 1= 1г/см^3 m2= ρ 2*V2

ρ 2= (390г*1г/см^3)/380г V2=m2/ ρ 2

ρ 2= 1,028г/см^3

Нахождение неизвестной жидкости: 2-ой способ

• Определяем Fa1 и Fa2, действующие на тело при погружении его в две различные жидкости.
• Величины Fa1 и Fa2 определяются по разности показаний динамометра, к которому подвешен груз, в случае, когда последний находился в воздухе и в жидкостях:

Fа1=P-P1; Fа2=P-P2,

где P – показания динамометра, когда груз находился в воздухе,

Р1 и Р2 – показания динамометра, когда груз находился в воде и в жидкости с неизвестной плотностью.

По закону Архимеда: Fа1=g ρ 1V; Fа2=g ρ 2V, где р1 – плотность воды, р2 – плотность неизвестной жидкости. То: g ρ 1V = P-P1 g ρ 2V = P-P2 P=g ρ 1V + P1 (1) P=g ρ 2V + P2 (2) Р1– вес тела , когда груз находился в воде Р2 – вес тела, когда груз находился в неизвестной жидкости Р-вес тела в воздухе Приравняем уравнения (1) и (2), получим: g ρ 1V + P1 = g ρ 2V + P2 g ρ 1V + P1 — P2 = g ρ 2V ρ 2 = (g ρ 1V + P1 — P2)/gV

P1=0,05Н

P2=0,022Н

ρ 1= 1г/см^3

Нахождение неизвестной жидкости: 3-ий способ

• Погрузив тело в стакан с водой, определяем высоту h1 части тела ,погруженной в воду. Так как тело плавает, то его сила тяжести равна архимедовой силе:

Fтяж = Fa; mg = g ρ 1Sh1, (1)

где S – площадь сечения тела,

h1 – глубина погружения в воду.

h1 = 2см

ρ 1 = 1г^см3

Погрузив это же тело в стакан с неизвестной жидкостью, определяем высоту h2 части тела, погруженного в неизвестную жидкость. Так как тело плавает в неизвестной жидкости, то mg = g ρ 2Sh2 (2) где ρ 2 – плотность неизвестной жидкости, h2 – глубина погружения тела в неизвестную жидкость. Приравняем уравнения (1) и (2) получим: g ρ 1Sh1 = g ρ 2Sh2 ρ 1 = 1г^см3 ρ 1h1 = ρ 2h2 h1 = 2см ρ 2 = ( ρ 1*h1)/h2 h2 = 1,95см ρ 2 = (1г/см^3*2см)/1,95см ρ 2 = 1,028г/см^3

Итог эксперимента:

1-ый способ:

3-ий способ:

2-ой способ:

В ходе выполнения экспериментального задания плотность вещества оказалось равной 1,028г/см^3.

В ходе выполнения экспериментального задания плотность вещества оказалось равной 1,028г/см^3.

• В ходе выполнения экспериментального задания плотность вещества оказалось равной 1,028г/см^3.

Вывод:

В итоге, эти методы работают и на других жидкостях: растительное масло, соленная вода, бензин и т.д., но они будут иметь свою разную плотность.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что при измерении плотности жидкости любым способом, можно получить, равные результаты при округлении до целого числа.

Использованная литература

• Сборник задач по физике для 7-9 классов;
• Консультация учителя физики;
• Творческие экспериментальные задания по физике для 7 – 9 классов( Ю. Я. Иванов, А. Ю. Иванов);
• Физическая олимпиада(В. И. Лукашик);
• Опорные конспекты и разноуровневые задания по физике (А. Е. Марон, Е. А. Марон).

Спасибо за внимание!

Для начала следует поставить на одну чашу весов стакан с определённым количеством воды. Затем, ставя разные гири на другую чашу, добиться равновесия. Таким образом, мы  узнали, сколько весит данный объём воды вместе со стаканом. После этого мы, освободив стакан от воды, наливаем туда нашу «неизвестную жидкость». Причём наливаем ровно в таком же количестве, в каком наливали воду. Точно так же ставим гири на другую чашу гири и добиваемся равновесия. Теперь, зная вес нашего вещества «икс» и зная плотность воды (1г/см), составляем пропорцию:

 m1/m2 = p1/p2,

где m1 — масса воды, m2 — масса вещества «икс», p1 — плотность воды и p2 — искомая плотность неизвестного вещества.