Вес тела на воздухе считаем по формуле Р=mg. Отсюда m=P/g, g — ускорение свободного падения, постоянная величина, равная 10 Н/кг. Подставим данные в формулу и найдём массу.
m=43/10=4,3 кг
Выталкивающая сила, или сила Архимеда, будет равна разнице веса тела в воздухе и в воде, то есть FА=43-41=2 Н. Силу Архимеда считаем по формуле: FA=рв*g*Vт, где FA — сила выталкивания, р — плотность воды, в которую погружено тело, g — ускорение свободного падения, а V — объем тела. Выразим отсюда объём: V=FА/(рв*g), плотность воды — постоянная величина, рв=1000 кг/м3. Подставим данные в формулу и найдём объём тела.
V=2/(1000*10)=0,0002 м3
Теперь по формуле рв=m/V найдём плотность вещества.
р=4,3/0,0002=21500 кг/м3=21,5 г/см3.
Ответ: плотность тела равна 21500 кг/м3.
Загрузить PDF
Загрузить PDF
Плотность тела является отношением массы к объему. Значение плотности может использоваться в геологии, физике и других естественных науках. Также от этого свойства зависит плавучесть или способность тела держаться на поверхности воды, в которой используется единица плотности в 1 грамм на кубический сантиметр (г/см3) — стандартные единицы измерения плотности.
-
1
Измерьте массу оборудования перед началом работы. Если вам требуется рассчитать плотность жидкости и в особенности газа, то нужно знать массу емкости. Это позволит вам вычесть массу из общей массы при измерении массы тела или вещества.[1]
- Поместите пустую пробирку, сосуд или другую емкость на весы и запишите массу в граммах.
- Некоторые весы позволяют «тарировать» вес. В этом случае поместите емкость на весы, после чего нажмите кнопку «Тарировать», чтобы на весах обнулилось значение массы. Такая функция позволяет вычесть массу емкости, в которой находится вещество.
-
2
Поместите тело на весы и узнайте массу. Поместите твердое тело либо емкость с жидкостью или газом на весы, чтобы измерить массу. Запишите массу в граммах без учета массы использованной емкости.[2]
-
3
Переведите массу в граммы, если используются другие единицы. Некоторые весы могут работать с другими единицами. Если в весах не используются граммы, потребуется преобразовать единицы путем умножения на коэффициент пересчета.
- 1 унция — это примерно 28,35 граммов. 1 фунт — примерно 453,59 граммов.
- В этих случаях нужно умножить массу тела на коэффициент пересчета 28,35 для унций и 453,59 для перевода фунтов в граммы.
-
4
Узнайте объем тела в кубических сантиметрах. Если вам повезло и тело имеет прямоугольные грани, то достаточно изменить длину, ширину и высоту тела в сантиметрах. Перемножьте все три значения между собой, чтобы получить объем.[3]
-
5
Определите объем тела другой формы. Для жидкости и газа нужно использовать градуированный цилиндр или пробирку, чтобы узнать объем. Для твердых тел неправильной формы потребуется использовать соответствующую формулу или погрузить данное тело в воду, чтобы подсчитать объем.
- 1 миллилитр равен 1 кубическому сантиметру. Преобразовать объем воды и газа очень просто!
- Существуют различные математические формулы для расчета объема прямоугольной призмы , цилиндра, пирамиды и других тел.
- Твердое и плотное тело неправильной формы вроде камня с неровными сторонами требуется погрузить в воду и узнать объем вытесненной воды. Согласно закону Архимеда, тело вытесняет объем жидкости, равный собственному объему. Далее следует вычесть объем жидкости из общего объема жидкости с погруженным в нее телом.[4]
Реклама
-
1
Разделите массу тела на объем. Разделите массу вещества в граммах на значение объема в кубических сантиметрах с помощью калькулятора или в столбик (возможно даже в уме). Для тела массой 20 граммов, которое занимает объем в 5 кубических сантиметров, значение плотности составит 4 грамма на кубический сантиметр.[5]
-
2
Упростите ответ до подходящего значения в значащих цифрах. В реальном мире обычно используются не настолько точные значения, как в задачах. Следовательно, если вы разделите реальную массу на объем, то получите длинное число с большим количеством знаков после запятой.
- Уточните значащие цифры у преподавателя или человека, которому требуются ваши расчеты.
- Обычно следует округлять до 2–3 знаков после десятичного разделителя. Следовательно, ваш результат вроде 32,714907 можно округлить до 32,71 или 32,715 г/см3.
-
3
Практическое применение. Обычно значение плотности тела соотносится с плотностью воды (1,0 г/см3). Тело тонет в воде, если его плотность выше единицы. В других случаях тело будет плавучим.
- Это же касается некоторых жидкостей. Например, если попытаться смешать оливковое масло с водой, то масло всплывет на поверхность по причине меньшей плотности.
- Также плотность соотносится с удельной плотностью. Часто она представляет собой плотность тела, разделенную на плотность воды (или другого вещества). Единицы измерения сокращаются, в результате чего остается число, которое представляет собой удельный вес. Его часто используют в химии, чтобы определить концентрацию вещества в растворе.[6]
Реклама
Что вам понадобится
- Обычные или пружинные весы
- Рулетка или измерительная лента
- Калькулятор
- Градуированный цилиндр (для порошков, жидкостей или газов)
Об этой статье
Эту страницу просматривали 34 522 раза.
Была ли эта статья полезной?
2010-03-24 22:34
Для определения плотности
однородного тела неправильной формы, объем которого трудно найти при помощи измерения размеров тела, можно поступить следующим образом.
Тело дважды взвешивают на весах: один раз обычным способом, другой раз — погружая тело в жидкость, плотность
которой известна. Первое взвешивание дает вес тела
, который равен
(
— плотность тела,
— его объем). Результат второго взвешивания
дает разность между весом тела
и выталкивающей силой
:
. (161.1)
Согласно закону Архимеда
. Заменив в этом равенстве
на
, получим
. Подставив это выражение в формулу (161.1), придем к соотношению
,
откуда
. (161.2)
В случае неоднородного тела определяемая этой формулой величина
даст среднюю плотность тела.
161.1.
Определите плотность камня, если вес его в воздухе равен 3,2 Н, а вес в воде равен 1,8 Н.
161.2.
Как определить плотность жидкости
, зная вес какого-нибудь тела в воздухе
, в воде
и в исследуемой жидкости
?
161.3.
Кусок меди весит в воздухе 4,00 Н, а при погружении в некоторую жидкость весит 3,59 Н. Найдите плотность жидкости, если плотность меди равна
.
161.4.
Кусок пробки весит в воздухе 0,15 Н, кусок свинца весит 1,14 Н. Если, связав их вместе, подвесить оба куска к чашке весов и опустить в керосин, то показание весов будет 0,70 Н. Найдите плотность пробки, полагая плотность свинца равной
, а плотность керосина равной
.
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 
FА = 49,05 кН
FА = ?
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
- Воздухоплавание в физике
- Машины и механизмы в физике
- Коэффициент полезного действия (КПД) механизмов
- Тепловые явления в физике
- Барометры в физике
- Жидкостные насосы в физике
- Выталкивающая сила в физике
- Условия плавания тел в физике
Архимедова сила — выталкивающая сила, равная весу газа или жидкости в объёме погружённой части тела.
Опыт. Нам понадобятся ёмкость с ручкой и груз в форме цилиндра.
- Растяжение пружины динамометра отметим стрелкой на штативе (рис. (A)), она показывает вес тела в воздухе.
- Подставим сосуд, наполненный жидкостью, до уровня отливной трубки (рис. (B)) и поместим в него цилиндр.
- После погружения цилиндра вода выливается в мерный стакан. Её объём равен объёму цилиндрического груза (рис. (B)).
- Стрелка динамометра поднимается вверх, растяжение пружины уменьшается, что соответствует уменьшению веса тела в жидкости (рис. (C)). В этом случае на цилиндр действует сила тяжести и сила Архимеда, направленная вверх.
- Если в ведёрко вылить вытесненную из отливного стаканчика жидкость, то стрелка динамометра возвратится в начальное положение (рис. (D)).
Вывод: выталкивающая сила, действующая на погружённое в жидкость тело, равна весу жидкости, вытесненной этим телом.
Сила, выталкивающая тело из газа, также равна весу газа, взятого в объёме тела. Это и есть закон Архимеда.
Формулу можно записать в другом виде.
Выразим массу жидкости, вытесняемую телом, через её плотность и объём тела, погружённого в жидкость, тогда получим:
Согласно полученной формуле, на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила (сила Архимеда), равная произведению плотности жидкости, ускорения свободного падения и объёма тела (или той его части, которая погружена в жидкость).
Эта формула позволяет рассчитать выталкивающую силу для тела, находящегося в газе. В этом случае плотность жидкости заменяют плотностью газа.