Как найти среднюю плотность сплава - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Решение
задач на нахождение плотности смесей и сплавов,

средней
плотности неоднородных тел (7 класс)

Ларионов Вадим Сергеевич,

учитель физики МБОУ Лицея №
15 г.Сарова, larionvadim@yandex.ru

Ларионова Наталья Валентиновна,

к.п.н., учитель физики МБОУ Лицея № 15
г.Сарова, nvlarionova@yandex.ru

В статье сформулированы методические рекомендации по
организации факультативного занятия по решению задач на нахождение плотности
смесей, сплавов и неоднородных тел. Представлены учебные материалы по теме,
структурированные по уровню сложности.

Задачи на
нахождение плотности смеси или сплава, средней плотности неоднородного
(«составного») тела являются базовыми при изучении темы «Плотность» и
достаточно часто встречаются в олимпиадах по физике в 7-8-х классах. Именно
поэтому целесообразно данному типу задач посвятить отдельное факультативное занятие,
структура которого соответствует принципу «от простого к сложному» и содержит последовательные
блоки задач: ключевые, олимпиадные и задачи для самостоятельного решения (см.
приложение).

Средняя плотность
неоднородного («составного») тела, плотность смеси или сплава рассчитывается по
формуле

где m₁, m₂, m₃… -массы отдельных частей тела
(компонентов смеси или сплава), а V₁, V₂, V₃ … — их объёмы.

Для решения задач
по данной теме, необходимо составить систему уравнений, в основе которой лежат
следующие положения:

1. Определительная формула
плотности

2. Свойство аддитивности массы
(масса смеси или сплава равна сумме масс его составных частей)

m=m₁+ m₂+ m₃+…

3. Как правило, в таких задачах
полагают, что объём сплава (смеси) равен сумме объёмов его составных частей

V=V₁+V₂+V₃ …

В задачах, предложенных ниже,
исключением является задача № 6 из блока олимпиадных задач (задача о смешивании
спирта и воды).

Ключевые задачи,
представленные в занятии, в зависимости от подготовки учащихся могут быть
решены непосредственно на уроке при изучении темы «Плотность». В этом случае на
факультативном занятии рассматриваются олимпиадные задачи. Далее ученикам
предлагаются задачи для самостоятельного решения, которые, как правило,
составляют домашнее задание. В этом случае удобно дифференцировать домашнее
задание учеников, предложив не более трёх обязательных задач в зависимости от
уровня подготовленности учеников. Учитель может дополнить списки олимпиадных
задач и задач для самостоятельного решения, используя материалы последних
олимпиад.

Приложение

Плотность смесей, сплавов, «составных» тел

Цель: Научиться решать задачи
на нахождение плотности смесей и сплавов, а также средней плотности
неоднородных тел («составных») тел.

Ключевые задачи

1. Какова плотность сплава из
300г олова и 100г свинца? (8г/см³)

2.
Сплав
изготовлен из меди объёмом 0,4 м³и цинка массой 710 кг. Какова
плотность сплава? (8540 кг/м³)

3. Для приготовления вишнёвого
сиропа в кастрюлю вылили 1 л вишнёвого варенья и 2 л воды и хорошо перемешали.
Какова плотность сиропа, если плотность варенья 1300 кг/м³? (1100
кг/м³)

4. Какова плотность смеси из
глицерина и спирта, если объём спирта составляет половину объёма смеси? Как
изменится ответ, если масса спирта составляет половину массы смеси? (1030 кг/м³, 980 кг/м³)

Олимпиадные задачи

1. Масса первого изделия в 2
раза больше массы второго изделия, а их объёмы находятся в отношении V₁:V₂=1:3. Плотность первого изделия ρ₁=4г/см³.
Какова будет средняя плотность «составного» тела, если два изделия склеить?
Массой и объёмом клея пренебречь. (1,5 г/см³)

2. Изделие, склеенное из трёх
различных частей, имеет объём V=600см³.
Объёмы частей находятся в соотношении V₁:V₂:V₃=2:3:5, а их плотности – в соотношении ρ₁:ρ₂:ρ₃=4:3:1.
Чему равна масса изделия, если плотность первой части ρ₁=2000кг/м³?
(660 г)

3. Ученик измерил плотность
деревянного бруска, покрытого краской, и она оказалась равной ρ=600 кг/м³. Но на
самом деле брусок состоит из двух частей, равных по массе, плотность одной из
которых в два раза больше плотности другой. Найдите плотности обеих частей
бруска. Массой краски можно пренебречь. (450 кг/м³, 900 кг/м³)

4. В дистиллированную воду
аккуратно вливают серную кислоту. Получившийся раствор имеет плотность ρ_р=1200
кг/м³ и массу m=120г. Объём раствора равен
сумме объёмов воды и кислоты. Плотность воды ρ_в=1000 кг/м³,
плотность кислоты ρ_к=1800 кг/м³. Какова масса кислоты,
влитой в воду? (45 г)

5. Однородный кубик со стороной
a и плотностью ρ поместили внутрь куска глины с плотностью 4ρ, которому придали
форму куба со стороной 2a. Получившийся куб облепили пластилином плотностью 2ρ,
в результате чего получился куб со стороной 3a (см. рисунок). Определите
среднюю плотность получившейся системы. (67ρ/27≈2,5ρ)

6. Плотностью вещества называют
отношение массы тела из этого вещества к его объёму. Например, масса 1 см³
воды составляет 1 г, поэтому плотность воды 1 г/см³. Представим, что
смешали 100 литров воды и 100 литров спирта плотностью 0,8 г/см³, и
при смешении оказалось, что суммарный объём уменьшился на 5 процентов. Какова
плотность полученного раствора? (ρ=18/19 г/cм³≈0,95г/cм³)

Задачи
для самостоятельного решения

1. Какую плотность имеет сплав
из 270г алюминия и 445г меди? (≈4,77
г/cм³)

2. Сплав золота и серебра массой
400 г имеет плотность 1,4·10⁴ кг/м³. Полагая объём сплава
равным сумме объёмов его составных частей, определите массу золота в сплаве? (220
г)

3. Масса первого изделия в 3
раза меньше массы второго изделия, а их объёмы находятся в соотношении V₁:V₂=2:1. Плотность первого тела ρ₁=1,8 г/см³.
Какова будет средняя плотность «составного» тела, если два изделия склеить? Массой
и объёмом клея пренебречь. (4,8 г/см³)

4. Изделие, склеенное из трёх
различных частей, имеет объём V=900см³.
Объёмы частей находятся в соотношении V₁:V₂:V₃=5:3:1, а их плотности – в соотношении ρ₁:ρ₂:ρ₃=1:2:5.
Чему равна масса изделия, если плотность первой части ρ₁=500кг/м³?
(800 г)

5. Кубик с ребром a=20см сделан из материала с
плотностью ρ=3000кг/м³. Однако внутри кубика имеется воздушная
полость, поэтому его средняя плотность ρ_ср=1200кг/м³.
Определите объём этой воздушной полости. Во сколько раз изменится средняя
плотность кубика, если полость целиком заполнить водой? Массой воздуха внутри
полости можно пренебречь. (4800 см³, 1,5)

Литература к занятию

1. Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А.,
Гельгафт И.М. Задачи по физике с примерами решений. 7-9 классы. Под ред. В.А.Орлова.
– М.: Илекса, 2009. – 416 с.

2. Бажанский И.И., Гой В.А.,
Чубов Ю.Б. Приморские олимпиады школьников по физике (2003-2007 гг). Учебное
пособие. – Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2008. – 200с.

3. Олимпиады 2008-2009. Физика.
Задачи Московских олимпиад школьников. Под ред. М.В.Семёнова, А.А.Якуты. – М.:
МЦНМО, 2009. – 70 с.

4. 400 физических этюдов.
Избранные задачи физических олимпиад Санкт-Петербурга. – СПб, 2006. –284 с.

5.
Борисов
С.Н. Учебное пособие по физике для учащихся 7-го класса. – М.: МИФИ, 2009. –
100 с.

Источник

Наибольшие трудности при изучении физики
учащиеся испытывают при решении задач, т.е. когда
требуется применить знания. Эти трудности
представляются ребятам настолько большими, что
многие из них отказываются даже от попыток
решать задачи. Отказ от решения задач еще как-то
«проходил» во времена устных экзаменов по
физике. Но теперь – как при прохождении
Государственной итоговой аттестации, выполнении
заданий Единого государственного экзамена или
тестирования при поступлении – проверяют именно
умение применять полученные знания, а не
декларировать их.

Понимание смысла физических законов – главная
цель школьного курса физики, но понимание этих
законов может родиться только в осознанной
деятельности по применению этих законов.
Школьникам же часто предлагают алгоритмы
решения задач, которые провоцируют бездумное,
автоматическое применение физических формул.
Преодолеть эту принципиальную трудность можно,
только неоднократно применяя законы физики в
тщательно отобранных простейших ситуациях,
когда смысл этих законов кристально ясен.

В школьном курсе физики тысячи задач. Однако,
если посмотреть на все множество этих задач «с
высоты птичьего полета», то нетрудно заметить,
что подавляющее их большинство группируются
вокруг нескольких десятков типичных учебных
ситуаций. Эти ситуации можно назвать ключевыми.
А овладение ключевыми ситуациями «даст ключи» к
решению задач.

Ключевые ситуации – важнейшая связь между
«теорией» и «задачами». Без этой связи теория
мертва для школьника, а задачи представляются
ему случайной россыпью неинтересных загадок.
Однако пока еще некоторые учителя «дают» своим
ученикам «теорию» отдельно, а «задачи» отдельно.
После такого разрезания по живому от живой
физики остаются только мертвые формулы-шаблоны
для примитивных задач на подстановку.

Изучение ключевых ситуаций – это живой мост
между «теорией» и «задачами», причем мост с
двухсторонним движением. С одной стороны, задачи
рождаются при изучении ключевых ситуаций, в
которых наглядно проявляется действие
физических законов, с другой стороны, благодаря
решению задач на основе ключевой ситуации теория
осознается, т.е. становится действенной силой, а
не пассивным набором фактов и формул.
И еще одна очень важная роль ключевых ситуаций.
Дело в том, что результатом изучения школьного
курса физики должен быть не набор решенных задач
(это быстро забывается), а понимание физических
законов и физическая интуиция, которая может
развиваться именно при рассмотрении ключевых
ситуаций.

Приложение 1.
Фрагмент урока с выделением ключевой ситуации по
теме «Плотность».
Приложение 2. Фрагмент
урока с выделением ключевой ситуации по теме
«Полые тела».
Приложение 3.
Дополнительный материал по теме «Сплавы».

Приведем фрагмент урока с выделение ключевой
ситуации по теме «Сплавы».

Фрагмент урока по теме «СПЛАВЫ»

Учитель. Тема урока зашифрована
ребусом. Кто первый раскроет секрет?

Ученики. …

Учитель. Тема урока «Сплавы».
Сплав — макроскопически однородная смесь двух
или большего числа химических элементов с
преобладанием металлических компонентов.
Основной или единственной фазой сплава, как
правило, является твёрдый раствор легирующих
элементов в металле, являющемся основой сплава.
Сплавы имеют металлические свойства, например:
металлический блеск, высокие электропроводность
и теплопроводность. Иногда компонентами сплава
могут быть не только химические элементы, но и
химические соединения, обладающие
металлическими свойствами. Например, основными
компонентами твёрдых сплавов являются карбиды
вольфрама или титана. Макроскопические свойства
сплавов всегда отличаются от свойств их
компонентов, а макроскопическая однородность
многофазных (гетерогенных) сплавов достигается
за счёт равномерного распределения примесных
фаз в металлической матрице.
Сплавы обычно получают с помощью смешивания
компонентов в расплавленном состоянии с
последующим охлаждением. При высоких
температурах плавления компонентов, сплавы
производятся смешиванием порошков металлов с
последующим спеканием (так получаются, например,
многие вольфрамовые сплавы).
Сплавы являются одним из основных
конструкционных материалов. Среди них
наибольшее значение имеют сплавы на основе
железа и алюминия. В состав многих сплавов могут
вводиться и неметаллы, такие как углерод,
кремний, бор и др. В технике применяется более 5
тыс. сплавов.

Цель нашего урока –
научиться решать задачи для определения
плотности, массы или объема сплавов или веществ
входящих в их состав.
Рассматривая сплавы, обычно предполагают, что
объем сплава равен сумме объемов
составляющих его веществ. В таком случае
плотность сплава ,
где индексы 1 и 2 относятся к двум компонентам
сплава.
Если заданы или требуется найти массы
компонентов известной плотности ρ₁ и ρ₂, то объемы
компонентов надо выразить через их массы и
плотности, в результате чего формула для
плотности сплава примет вид .
Часто в задаче дано или требуется найти
соотношение масс компонентов сплава. Обозначим . Тогда . Эта формула связывает
плотность сплава ρ и массовое отношение
компонент . Из
нее при следует:
. Приведенные
формулы позволяют по заданному значению одной из
величин ( или ρ)
найти значение другой.

Запишите в тетрадях:

Примечание.

1. Задача первого уровня предназначена для
применения основной формулы: .
2. Задачи второго уровня похожи, поэтому
целесообразно применить разные способы решения.
3. Задачи третьего уровня предусмотрены для
закрепления способов решения задач предложенных
ранее с добавлением дополнительных вычислений
(объема и процентного отношения).

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

Задачи по теме «СПЛАВЫ»:

УРОВЕНЬ 1

Найдите плотность бронзы, для изготовления
которой взяли 100 г меди и 30 г олова, считая, что
объем сплава равен сумме объемов входящих в него
металлов.

УРОВЕНЬ 2

1. Кусок сплава из свинца и олова массой 664 г
имеет плотность 8,3 г/см³. Определите массу
свинца в сплаве. Принять объем сплава равным
сумме объемов его составных частей.

2. В куске кварца содержится небольшой
самородок золота. Масса куска 100 г, а его
плотность 8 г/см³. Определите массу
золота, содержащегося в кварце. Принять, что
плотность кварца и золота соответственно равны
2,65 и 19,36 г/см³.

УРОВЕНЬ 3

1. Сплав золота и серебра массой 400 г имеет
плотность 14·103 кг/м³. Полагая объем сплава
равным сумме объемов его составных частей,
определите массу, объем золота и процентное
содержание его в сплаве.

2. В чистой воде растворена кислота. Масса
раствора 240 г, а его плотность 1,2 г/см³.
Определите объем кислоты в растворе и его
процентное содержание, если плотность кислоты 1,8
г/см³. Принять объем раствора равным сумме
объемов его составных частей.

Выходной контроль:

Установите соответствие:

Ответы: 1-Д, 2-Ж, 3-А, 4-Б, 5-В. 6-Г, 7-Е.

Домашнее задание:

Дополнительный материал.

Сплавы различаются по своему предназначению.
Конструкционные сплавы: стали, чугуны,
дюралюминий.
Конструкционные со специальными свойствами
(например, искробезопасность, антифрикционные
свойства): бронзы, латуни.
Для заливки подшипников: баббит.
Для измерительной и электронагревательной
аппаратуры: манганин, нихром.
Для изготовления режущих инструментов:
победит.

Подготовьте сообщение о каком-нибудь сплаве.
Расскажите о веществах, которые в него входят, о
их процентном вхождении в сплав и т.д.

Задачи:

1. Найдите плотность стали (сталь —
деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом),
для изготовления которой взяли 100 г железа и 2 г
углерода (углекислого газа), считая, что объем
сплава равен сумме объемов входящих в него
веществ.
2. Чтобы получить латунь, сплавили куски меди
массой 178 кг и цинка массой 355 кг. Какой плотности
была получена латунь? Объем сплава равен сумме
объемов его составных частей.
3. Сплав золота и серебра массой 500 г имеет
плотность 11 г/см3. Полагая объем сплава равным
сумме объемов его составных частей, определите
массу, объем золота и процентное содержание его в
сплаве.

Ответы: 1. 0,098 г/см³, 2. 8540 кг/м³, 3. 50 г, 2,59
см³, 10%.

Подведение итогов урока. Рефлексия

На полях рабочей тетради изобрази схематически
один из рисунков, который соответствует степени
усвоения материала на уроке. Солнце – мне все
понятно, туча – материал интересный, но надо еще
поработать, луна – я все проспал.

Литература

Материалы курса «Как научить решать задачи по
физике (основная школа). Подготовка к ГИА: лекции
1-4. – М.: Педагогический университет «Первое
сентября», 2010. -80с.
Сборник задач по физике: Учеб. Пособие для
учащихся 7-8 классов средней школы. – 6-е изд.,
перераб. – М.: Просвещение, 1994. – 191 с.: ил.
Физическая олимпиада в 6-7 классах средней школы:
Пособие для учащихся. – 2-е изд, перераб. И доп. –
М.: Просвещение, 1987. – 192 с: ил.

Источник

Ключевые ситуации при изучении физики. Сплавы

Наибольшие трудности при изучении физики учащиеся испытывают при решении задач, т.е. когда требуется применить знания. Эти трудности представляются ребятам настолько большими, что многие из них отказываются даже от попыток решать задачи. Отказ от решения задач еще как-то «проходил» во времена устных экзаменов по физике. Но теперь – как при прохождении Государственной итоговой аттестации, выполнении заданий Единого государственного экзамена или тестирования при поступлении – проверяют именно умение применять полученные знания, а не декларировать их.

Понимание смысла физических законов – главная цель школьного курса физики, но понимание этих законов может родиться только в осознанной деятельности по применению этих законов. Школьникам же часто предлагают алгоритмы решения задач, которые провоцируют бездумное, автоматическое применение физических формул.
Преодолеть эту принципиальную трудность можно, только неоднократно применяя законы физики в тщательно отобранных простейших ситуациях, когда смысл этих законов кристально ясен.

В школьном курсе физики тысячи задач. Однако, если посмотреть на все множество этих задач «с высоты птичьего полета», то нетрудно заметить, что подавляющее их большинство группируются вокруг нескольких десятков типичных учебных ситуаций. Эти ситуации можно назвать ключевыми. А овладение ключевыми ситуациями «даст ключи» к решению задач.

Ключевые ситуации – важнейшая связь между «теорией» и «задачами». Без этой связи теория мертва для школьника, а задачи представляются ему случайной россыпью неинтересных загадок. Однако пока еще некоторые учителя «дают» своим ученикам «теорию» отдельно, а «задачи» отдельно. После такого разрезания по живому от живой физики остаются только мертвые формулы-шаблоны для примитивных задач на подстановку.

Изучение ключевых ситуаций – это живой мост между «теорией» и «задачами», причем мост с двухсторонним движением. С одной стороны, задачи рождаются при изучении ключевых ситуаций, в которых наглядно проявляется действие физических законов, с другой стороны, благодаря решению задач на основе ключевой ситуации теория осознается, т.е. становится действенной силой, а не пассивным набором фактов и формул.
И еще одна очень важная роль ключевых ситуаций. Дело в том, что результатом изучения школьного курса физики должен быть не набор решенных задач (это быстро забывается), а понимание физических законов и физическая интуиция, которая может развиваться именно при рассмотрении ключевых ситуаций.

Приложение 1. Фрагмент урока с выделением ключевой ситуации по теме «Плотность».
Приложение 2. Фрагмент урока с выделением ключевой ситуации по теме «Полые тела».
Приложение 3. Дополнительный материал по теме «Сплавы».

Приведем фрагмент урока с выделение ключевой ситуации по теме «Сплавы».

Фрагмент урока по теме «СПЛАВЫ»

Учитель. Тема урока зашифрована ребусом. Кто первый раскроет секрет?

Ученики. …

Учитель. Тема урока «Сплавы».
Сплав — макроскопически однородная смесь двух или большего числа химических элементов с преобладанием металлических компонентов. Основной или единственной фазой сплава, как правило, является твёрдый раствор легирующих элементов в металле, являющемся основой сплава.
Сплавы имеют металлические свойства, например: металлический блеск, высокие электропроводность и теплопроводность. Иногда компонентами сплава могут быть не только химические элементы, но и химические соединения, обладающие металлическими свойствами. Например, основными компонентами твёрдых сплавов являются карбиды вольфрама или титана. Макроскопические свойства сплавов всегда отличаются от свойств их компонентов, а макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения примесных фаз в металлической матрице.
Сплавы обычно получают с помощью смешивания компонентов в расплавленном состоянии с последующим охлаждением. При высоких температурах плавления компонентов, сплавы производятся смешиванием порошков металлов с последующим спеканием (так получаются, например, многие вольфрамовые сплавы).
Сплавы являются одним из основных конструкционных материалов. Среди них наибольшее значение имеют сплавы на основе железа и алюминия. В состав многих сплавов могут вводиться и неметаллы, такие как углерод, кремний, бор и др. В технике применяется более 5 тыс. сплавов.

Цель нашего урока – научиться решать задачи для определения плотности, массы или объема сплавов или веществ входящих в их состав.
Рассматривая сплавы, обычно предполагают, что объем сплава равен сумме объемов составляющих его веществ. В таком случае плотность сплава , где индексы 1 и 2 относятся к двум компонентам сплава.
Если заданы или требуется найти массы компонентов известной плотности ρ₁ и ρ₂, то объемы компонентов надо выразить через их массы и плотности, в результате чего формула для плотности сплава примет вид .
Часто в задаче дано или требуется найти соотношение масс компонентов сплава. Обозначим . Тогда . Эта формула связывает плотность сплава ρ и массовое отношение компонент . Из нее при следует: . Приведенные формулы позволяют по заданному значению одной из величин ( или ρ) найти значение другой.

Запишите в тетрадях:

Примечание.

1. Задача первого уровня предназначена для применения основной формулы: .
2. Задачи второго уровня похожи, поэтому целесообразно применить разные способы решения.
3. Задачи третьего уровня предусмотрены для закрепления способов решения задач предложенных ранее с добавлением дополнительных вычислений (объема и процентного отношения).

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

Задачи по теме «СПЛАВЫ»:

Найдите плотность бронзы, для изготовления которой взяли 100 г меди и 30 г олова, считая, что объем сплава равен сумме объемов входящих в него металлов.

1. Кусок сплава из свинца и олова массой 664 г имеет плотность 8,3 г/см 3 . Определите массу свинца в сплаве. Принять объем сплава равным сумме объемов его составных частей.

2. В куске кварца содержится небольшой самородок золота. Масса куска 100 г, а его плотность 8 г/см 3 . Определите массу золота, содержащегося в кварце. Принять, что плотность кварца и золота соответственно равны 2,65 и 19,36 г/см 3 .

1. Сплав золота и серебра массой 400 г имеет плотность 14·103 кг/м 3 . Полагая объем сплава равным сумме объемов его составных частей, определите массу, объем золота и процентное содержание его в сплаве.

2. В чистой воде растворена кислота. Масса раствора 240 г, а его плотность 1,2 г/см 3 . Определите объем кислоты в растворе и его процентное содержание, если плотность кислоты 1,8 г/см 3 . Принять объем раствора равным сумме объемов его составных частей.

Выходной контроль:

1	А	соотношение масс
2	Б	плотность сплава, если известны соотношения масс
3	В	процентное содержание массы одного из веществ в сплаве
4	Г	процентное содержание объема одного из веществ в сплаве
5	Д	плотность сплава
6	Е	объем кварца
7	Ж	плотность сплава, при заданных плотностях веществ его составляющих

Ответы: 1-Д, 2-Ж, 3-А, 4-Б, 5-В. 6-Г, 7-Е.

Домашнее задание:

Сплавы различаются по своему предназначению.
Конструкционные сплавы: стали, чугуны, дюралюминий.
Конструкционные со специальными свойствами (например, искробезопасность, антифрикционные свойства): бронзы, латуни.
Для заливки подшипников: баббит.
Для измерительной и электронагревательной аппаратуры: манганин, нихром.
Для изготовления режущих инструментов: победит.

Подготовьте сообщение о каком-нибудь сплаве. Расскажите о веществах, которые в него входят, о их процентном вхождении в сплав и т.д.

Задачи:

1. Найдите плотность стали (сталь — деформируемый (ковкий) сплав железа с углеродом), для изготовления которой взяли 100 г железа и 2 г углерода (углекислого газа), считая, что объем сплава равен сумме объемов входящих в него веществ.
2. Чтобы получить латунь, сплавили куски меди массой 178 кг и цинка массой 355 кг. Какой плотности была получена латунь? Объем сплава равен сумме объемов его составных частей.
3. Сплав золота и серебра массой 500 г имеет плотность 11 г/см3. Полагая объем сплава равным сумме объемов его составных частей, определите массу, объем золота и процентное содержание его в сплаве.

Ответы: 1. 0,098 г/см 3 , 2. 8540 кг/м 3 , 3. 50 г, 2,59 см 3 , 10%.

Подведение итогов урока. Рефлексия

На полях рабочей тетради изобрази схематически один из рисунков, который соответствует степени усвоения материала на уроке. Солнце – мне все понятно, туча – материал интересный, но надо еще поработать, луна – я все проспал.

Статья «Решение задач на нахождение плотности смесей и сплавов, средней плотности неоднородных тел» (7 класс)

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Решение задач на нахождение плотности смесей и сплавов,

средней плотности неоднородных тел (7 класс)

Ларионов Вадим Сергеевич,

учитель физики МБОУ Лицея № 15 г.Сарова, larionvadim @ yandex . ru

Ларионова Наталья Валентиновна,

В статье сформулированы методические рекомендации по организации факультативного занятия по решению задач на нахождение плотности смесей, сплавов и неоднородных тел. Представлены учебные материалы по теме, структурированные по уровню сложности.

Задачи на нахождение плотности смеси или сплава, средней плотности неоднородного («составного») тела являются базовыми при изучении темы «Плотность» и достаточно часто встречаются в олимпиадах по физике в 7-8-х классах. Именно поэтому целесообразно данному типу задач посвятить отдельное факультативное занятие, структура которого соответствует принципу «от простого к сложному» и содержит последовательные блоки задач: ключевые, олимпиадные и задачи для самостоятельного решения (см. приложение).

Средняя плотность неоднородного («составного») тела, плотность смеси или сплава рассчитывается по формуле

где m ₁ , m ₂ , m ₃ … -массы отдельных частей тела (компонентов смеси или сплава), а V ₁ , V ₂ , V ₃ … — их объёмы.

Для решения задач по данной теме, необходимо составить систему уравнений, в основе которой лежат следующие положения:

1. Определительная формула плотности

2. Свойство аддитивности массы (масса смеси или сплава равна сумме масс его составных частей)

m=m ₁ + m ₂ + m ₃ +…

3. Как правило, в таких задачах полагают, что объём сплава (смеси) равен сумме объёмов его составных частей

V = V ₁ + V ₂ + V ₃ …

В задачах, предложенных ниже, исключением является задача № 6 из блока олимпиадных задач (задача о смешивании спирта и воды).

Ключевые задачи, представленные в занятии, в зависимости от подготовки учащихся могут быть решены непосредственно на уроке при изучении темы «Плотность». В этом случае на факультативном занятии рассматриваются олимпиадные задачи. Далее ученикам предлагаются задачи для самостоятельного решения, которые, как правило, составляют домашнее задание. В этом случае удобно дифференцировать домашнее задание учеников, предложив не более трёх обязательных задач в зависимости от уровня подготовленности учеников. Учитель может дополнить списки олимпиадных задач и задач для самостоятельного решения, используя материалы последних олимпиад.

Плотность смесей, сплавов, «составных» тел

Цель: Научиться решать задачи на нахождение плотности смесей и сплавов, а также средней плотности неоднородных тел («составных») тел.

Ключевые задачи

1. Какова плотность сплава из 300г олова и 100г свинца? (8г / см 3 )

2. Сплав изготовлен из меди объёмом 0,4 м 3 и цинка массой 710 кг. Какова плотность сплава? (8540 кг/м 3 )

3. Для приготовления вишнёвого сиропа в кастрюлю вылили 1 л вишнёвого варенья и 2 л воды и хорошо перемешали. Какова плотность сиропа, если плотность варенья 1300 кг/м 3 ? (1100 кг/м 3 )

4. Какова плотность смеси из глицерина и спирта, если объём спирта составляет половину объёма смеси? Как изменится ответ, если масса спирта составляет половину массы смеси? (1030 кг / м 3 , 980 кг / м 3 )

Олимпиадные задачи

1. Масса первого изделия в 2 раза больше массы второго изделия, а их объёмы находятся в отношении V ₁ : V ₂ =1:3. Плотность первого изделия ρ₁=4г/см 3 . Какова будет средняя плотность «составного» тела, если два изделия склеить? Массой и объёмом клея пренебречь. (1,5 г/см 3 )

2. Изделие, склеенное из трёх различных частей, имеет объём V =600см 3 . Объёмы частей находятся в соотношении V ₁ : V ₂ : V ₃ =2:3:5, а их плотности – в соотношении ρ₁:ρ₂:ρ₃=4:3:1. Чему равна масса изделия, если плотность первой части ρ₁=2000кг/м 3 ? (660 г)

3. Ученик измерил плотность деревянного бруска, покрытого краской, и она оказалась равной ρ=600 кг/м 3 . Но на самом деле брусок состоит из двух частей, равных по массе, плотность одной из которых в два раза больше плотности другой. Найдите плотности обеих частей бруска. Массой краски можно пренебречь. (450 кг/м 3 , 900 кг/м 3 )

4. В дистиллированную воду аккуратно вливают серную кислоту. Получившийся раствор имеет плотность ρ_р=1200 кг/м 3 и массу m =120г. Объём раствора равен сумме объёмов воды и кислоты. Плотность воды ρ_в=1000 кг/м 3 , плотность кислоты ρ_к=1800 кг/м 3 . Какова масса кислоты, влитой в воду? (45 г)

5. Однородный кубик со стороной a и плотностью ρ поместили внутрь куска глины с плотностью 4ρ, которому придали форму куба со стороной 2a. Получившийся куб облепили пластилином плотностью 2ρ, в результате чего получился куб со стороной 3a (см. рисунок). Определите среднюю плотность получившейся системы. (67ρ/27≈2 ,5ρ)

6. Плотностью вещества называют отношение массы тела из этого вещества к его объёму. Например, масса 1 см 3 воды составляет 1 г, поэтому плотность воды 1 г/см 3 . Представим, что смешали 100 литров воды и 100 литров спирта плотностью 0,8 г/см 3 , и при смешении оказалось, что суммарный объём уменьшился на 5 процентов. Какова плотность полученного раствора? ( ρ =18/19 г/ c м 3 ≈0,95г/ c м 3 )

Задачи для самостоятельного решения

1. Какую плотность имеет сплав из 270г алюминия и 445г меди? (≈ 4,77 г /c м 3 )

2. Сплав золота и серебра массой 400 г имеет плотность 1,4·10 4 кг/м 3 . Полагая объём сплава равным сумме объёмов его составных частей, определите массу золота в сплаве? (220 г)

3. Масса первого изделия в 3 раза меньше массы второго изделия, а их объёмы находятся в соотношении V ₁ : V ₂ =2:1. Плотность первого тела ρ₁=1,8 г/см 3 . Какова будет средняя плотность «составного» тела, если два изделия склеить? Массой и объёмом клея пренебречь. (4,8 г/см 3 )

4. Изделие, склеенное из трёх различных частей, имеет объём V =900см 3 . Объёмы частей находятся в соотношении V ₁ : V ₂ : V ₃ =5:3:1, а их плотности – в соотношении ρ₁:ρ₂:ρ₃=1:2:5. Чему равна масса изделия, если плотность первой части ρ₁=500кг/м 3 ? (800 г)

5. Кубик с ребром a =20см сделан из материала с плотностью ρ=3000кг/м 3 . Однако внутри кубика имеется воздушная полость, поэтому его средняя плотность ρ_ср=1200кг/м 3 . Определите объём этой воздушной полости. Во сколько раз изменится средняя плотность кубика, если полость целиком заполнить водой? Массой воздуха внутри полости можно пренебречь. (4800 см 3 , 1,5)

Литература к занятию

1. Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельгафт И.М. Задачи по физике с примерами решений. 7-9 классы. Под ред. В.А.Орлова. – М.: Илекса, 2009. – 416 с.

2. Бажанский И.И., Гой В.А., Чубов Ю.Б. Приморские олимпиады школьников по физике (2003-2007 гг). Учебное пособие. – Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2008. – 200с.

3. Олимпиады 2008-2009. Физика. Задачи Московских олимпиад школьников. Под ред. М.В.Семёнова, А.А.Якуты. – М.: МЦНМО, 2009. – 70 с.

4. 400 физических этюдов. Избранные задачи физических олимпиад Санкт-Петербурга. – СПб, 2006. –284 с.

5. Борисов С.Н. Учебное пособие по физике для учащихся 7-го класса. – М.: МИФИ, 2009. – 100 с.

Подготовка к олимпиадам: 7 класс, плотность

Продолжим подготовку к олимпиадам. Сегодня будем решать задачи на тему “плотность”. При смешивании двух веществ сумма их масс дает массу смеси, а вот с объемами все не так очевидно. Если вы в плотно набитое сухим песком ведро попытаетесь налить воды, то в промежутки между песчинками проникнет достаточное ее количество, таким образом, сумма объемов песка и воды – по-прежнему все то же ведро. О том, что сумма объемов не равна объему смеси, может быть сказано в задаче, или об этом придется догадаться.

Задача 1. Определите плотность сплава, состоящего из $2m$ золота и $7m$ серебра. Плотности металлов известны.

Средняя плотность равна

В данном случае можно считать

Задача 2. Определите плотность сплава, состоящего из $2V$ золота и $7V$ серебра. Плотности металлов известны.

Средняя плотность равна

Объем сплава в данном случае равен сумме объемов компонентов.

Задача 3. Известно, что после того, как из канистры объемом 7 л вылили всю воду, там осталось 1,4 мл воды в виде капель на стенках. Затем канистру плотно закрыли пробкой и поставили на солнце. В результате вся вода внутри канистры испарилась. Определите плотность получившегося газа, если первоначальная плотность воздуха равна 1,3 кг/м$^3$.

Пренебрежем объемом капель по сравнению с объемом канистры. Тогда вначале плотность воздуха равна

Где $m_v$ – масса воздуха.

После того, как капли испарились, плотность можно определить как

Где $m_0$ – масса воды.

Ответ: $rho_2=1,5$ кг/м$^3$.

Задача 4. Однородный кубик со стороной a и плотностью $rho$ поместили внутрь куска глины плотностью $4rho$, которой придали форму куба со стороной $2a$. Получившийся куб облепили пластилином плотностью $2rho$, в результате чего получился куб со стороной $3a$ (см. рисунок). Определите среднюю плотность получившейся системы.

Объем получившегося слепка, очевидно, равен $V=(3a)^3=27a^3$.

Определим массу. Масса внутреннего кубика равна

$$m_1=rho V_1=rho a^3$$

Определим массу глины. Ее объем равен $V_2=(2a)^3-a^3$. Тогда

И, наконец, масса пластилина. Объем его будет равен $(3a)^3-(2a)^2=19a^3$, масса

Тогда плотность всего куска

Задача 5. В ведро, доверху заполненное сухим песком массой 8 кг, добавили 4 л воды. В результате вода вся впиталась и не выступила на поверхность песка. Определите среднюю плотность получившегося сырого песка. Объем ведра 8 литров.

Вот тот случай, когда при смешивании компонентов $Vneq V_1+V_2$.

Плотность будет равна ($m_p$ – масса песка, $m_v$ – масса воды).

Ответ: 1,5 кг/л, или 1500 кг/м$^3$.

Задача 6. Смешали 1 кг воды плотностью 1000 кг/м$^3$ и 2 кг спирта плотностью 800 кг/м$^3$. Известно, что суммарный объем смеси составляет 95% от объема исходных компонент. Определите плотность получившейся смеси.

Тут прямо в условии нам показано, что $Vneq V_1+V_2$.

Плотность будет равна ($m_1$ – масса воды, $m_2$ – масса спирта).

Ответ: 902,25 кг/м$^3$.

Задача 7. В прямоугольном сосуде квадратного сечения (расстояние между стенками сосуда $a = 6$ см) плавает в вертикальном положении тонкостенный стакан квадратного сечения с толстым дном (длина внешней стороны квадрата $b = 4$ см). В пространство между стенками сосуда и стакана тонкой струйкой начинают наливать воду так, что за каждую секунду в сосуд поступает $mu = 2,7$ граммов. С какой скоростью $upsilon$ будет всплывать стакан? Плотность воды ρ=1000 кг/м$^3$.

Сколько воды поступит в стакан за время $Delta t$? $Delta m=mu Delta t$. Она растекается по стакану слоем толщины $h$. Для удобства можно представлять, что вся эта вода располагается у дна. Определим объем этой воды как $Delta V=h a^2$. С другой стороны,

Скорость подъема стакана равна

Задача 8. Однородная деталь из сплава с плотностью 2000 кг/м$^3$ имеет массу $m_1=54$ кг. А её точная копия, но в 3 раза меньших размеров, сделанная из сплава с плотностью 4000 кг/м$^3$, оказалась массой $m_2=2$ кг. Есть подозрение, что внутри копии существует скрытая полость. Какой у неё объём? Ответ дать в см$^3$.

Объем маленькой детали равен $V$, тогда, поскольку большая втрое больше, то ее объем больше в 27 раз – $27V$. Тогда плотность большой детали равна

Следовательно, ее объем равен

Плотность малой детали равна

Где $V_0$ – объем полости.

Задача 9. Для определения качества древесины были экспериментально определены массы досок различной длины. Их ширина равнялась 20 см, толщина 3 см. Зависимость массы досок m от их длины представлена в таблице. Постройте график этой зависимости и по нему найдите массу доски длиной 1 м и плотность древесины.

Строим график и по нему находим массу доски: 4,2 кг.

Для определения плотности возьмем точку не в начале графика, потому что чем больше значение, тем меньше относительная погрешность. Например, точку, где $m=9$ кг. Длина равна тогда (по графику) $L=2,1$. Тогда

Ответ: 4,2 кг, 714,3 кг/м$^3$.

Задача 10. Шарик накачали гелием. Масса газа составляет 20% от массы всего шарика. Через день, когда часть гелия просочилась через стенки, объем шарика уменьшился в 2 раза, а масса гелия стала составлять 10% от массы всего шарика. Определите, во сколько раз изменилась средняя плотность воздушного шарика.

Плотность шарика сначала:

Плотность после того, как он сдулся

Сначала масса складывалась из массы газа и массы оболочки:

После того, как шар сдулся, масса равна

Тогда, возвращаясь к плотностям, имеем:

Тогда отношение плотностей

Задача 11. В ящик с жесткими стенками, имеющий форму куба объемом 1 м в кубе и массой 300 кг, насыпали стальные шары диаметром 20 мм плотностью 7800 кг/м$^3$. Затем ящик потрясли и добавили в него столько шаров, что больше уже не получается засунуть ни одного шара (то есть получилась максимально плотная упаковка шаров в ящике). Суммарная масса шаров и ящика получилась 6072 кг. Далее в этот ящик с шарами досыпали еще мелких шариков диаметром 1 мм, сделанных из того же материала, и снова утрясли ящик до максимально возможного заполнения, досыпая при необходимости мелкие шарики. Оцените, какой после этого стала суммарная масса ящика с шарами и шариками.

Определяем массу шариков «крупного» размера:

Так как они заняли 1м$^3$, то средняя плотность упаковки $rho_=5772$ кг/м$^3$.

Поскольку плотность шариков известна, то определим их объем:

Тогда «свободного» пространства остается $V=1-0,74=0,26$ м$^3$.

Если плотность «упаковки» мелких шариков такая же, как и крупных, то их масса равна

Сложим плотности «крупных» и «мелких» шариков:

Задача 12. Большую коробку доверху заполнили деревянными кубиками, плотно уложив их ровными рядами. Через середины противоположных граней каждого из этих кубиков проделаны по три сквозных квадратных отверстия (схема одного кубика приведена на рисунке). Определите среднюю плотность содержимого коробки, если сторона кубика равна 9 см, а сторона отверстия 3 см. Плотность дерева 800 кг/м3 .

Определим, какую фигуру в итоге вырезали из каждого кубика. Она имеет форму пространственного креста:

Это заключение позволяют сделать размеры кубиков и размер отверстия. Этот «крест» будет состоять из 7 кубиков размером 3 на 3. То есть без отверстий кубик бы состоял из $3^3=27$ кубиков 3 на 3, а с отверстиями он лишился 7 кубиков, поэтому состоит из 20 кубиков 3 на 3. Определим массу 20 маленьких кубиков (то есть массу кубика с дырками):

Источник

Вопросы, рассмотренные в материале:

Понятие и определение плотности металла
Важность определения плотности металла в промышленности
Примеры значений плотности наиболее востребованных металлов
Важность плотности металла шва при сварке

Понятие и определение плотности металла

Под плотностью принято понимать количество вещества в определенном объеме, соответственно, формула для математического вычисления этой величины следующая:

ρ = m / V.

Для обозначения этого показателя используют греческую букву ρ.

Благодаря универсальности этой характеристики с ее помощью сравнивают различные материалы. Также последние можно идентифицировать по плотности, как сделал это Архимед, усомнившийся в подлинности золотой короны. Он вычислил плотность металла и доказал, что перед ним подделка.

Величина этого показателя определяется двумя факторами:

атомарной и молекулярной массой вещества;
средним расстоянием между атомами и молекулами.

К примеру, плотность углеродных материалов ниже, чем этот показатель у любого переходного металла за счет более высокой массы атомов последних. Также можно привести в пример два углеродных материала графит и алмаз – более высокая плотность второго обусловлена меньшими межатомными расстояниями.

К самой многочисленной в периодической таблице элементов группе металлов относятся простые вещества, которые обладают:

ковкостью (способностью к пластическому деформированию без разрушения);
высокой электро- и теплопроводностью;
отрицательным температурным коэффициентом проводимости;
характерным металлическим блеском.

Металлам свойственна низкая электроотрицательность, отличающая их от азота, кислорода или углерода, что делает возможным образование металлических межатомных связей. Последние проявляются в электрическом взаимодействии несущих положительный заряд ионов с отрицательно заряженными электронами, причем силы такого взаимного влияния имеют ненаправленный и нелокализованный характер.

На атомарном уровне структура любого металла упорядочена и представляет собой так называемую кристаллическую решетку, строение которой и определяет плотность.

Этот показатель может сильно отличаться у разных металлов. Например, наименьшую плотность имеет литий, который вдвое уступает по этому параметру воде. А осмий стоит на первом месте с плотностью, достигающей 22,59 г/см³.

Определить, какая плотность свойственна конкретному металлу, можно различными методами.

К экспериментальным способам относят два основных вида определения плотности металлов:

Для тел идеальной геометрической формы (шара, куба, параллелепипеда и т. д.) можно воспользоваться взвешиванием и несложным вычислением объема.
Для гидростатического измерения плотности пользуются специальными весами, которые Галилео Галилей разработал в XVI веке. Для вычисления значения ρ здесь пользуются несложной формулой, в которую проставляют массы тела в двух средах – воздушной и водной.

Теоретический метод, позволяющий определить плотность металлов и сплавов, также довольно прост: нужно располагать данными о типе кристаллической решетки, атомарной массе и среднем расстоянии между атомами.

Важность определения плотности металла в промышленности

Плотность материалов или отношение массы на единицу объема является физической величиной, на которой базируется большая часть технологий. Данный показатель принято измерять в г/см³, реже – в кг/м³.

Информация о плотности большей части широко применяемых в производстве типов стали, чугуна и других металлов и сплавов, включая цветные, содержится в специализированных справочниках и другой технической литературе. Если же для сплава с нестандартным составом нет таких данных, его плотность определяют в подавляющем большинстве случаев гидростатическим методом и примерно в пяти случаях из 100 прибегают к помощи пикнометра.

ГОСТы по гидростатическому методу измерения плотности:

ГОСТ 15239 (1969 год).
ГОСТ 20018 (1974 год).
ГОСТ 25281 (1982 год).
Технические условия 48-19-76-90.

Для измерения плотности используют хорошо смачивающую жидкость с максимально низкой летучестью, которая не реагирует с исследуемым металлом. Самым доступным и простым вариантом является дистиллированная вода.

Точное измерение плотности имеет критическое значение при выборе материалов для изготовления деталей самолетов и ракет, где конструкционные элементы, детали и узлы механизмов обязательно должны обладать максимально высокими механическими характеристиками при минимальной массе.

Одно из основных современных направлений в разработке новых конструкций и узлов – достижение оптимального соотношения прочности и веса. Определяющее значение в решении таких задач имеет плотность.

Примеры значений плотности наиболее востребованных металлов

Железо обладает плотностью 7,874 г/см³, никель – 8,91 г/см³, хром – 7,19 г/см³, вольфрам – 19,25 г/см³. Эти значения приведены для твердого состояния сплавов. В расплаве металла плотность меняется.

Без металлов сложно представить себе промышленность и быт современного человека. С каждым годом увеличиваются объемы их выплавки. Земная кора содержит большие количества отдельных представителей этой группы. К примеру, железо составляет около 4,6 % ее состава, алюминий – 8,9 %, магний – 2,1 %, а титан – 0,63 %. В металлургии принято разделение этих элементов на подгруппы.

Группа черных металлов включает в себя сталь и чугун различных сортов. Сталью принято называть сплавы с процентной долей железа от 45 % и выше, а углерода в диапазоне от 0,1 до 2,14 %. При более высоком содержании углерода сплав относят к чугуну.

При введении в состав металла при его выплавке определенного количества легирующих добавок можно получать сплавы с заданными физико-химическими характеристиками. Плотность черных металлов наряду с другими их свойствами регламентируется соответствующими нормами ГОСТ.

Плотность стальных сплавов зависит от их химического состава и может варьироваться от 7,6 до 8,8 г/см³. Такой металл имеет сложную структуру. Легирующие добавки не просто смешиваются с основным материалом, а встраиваются в решетку, образуя сложные связи, что позволяет менять целый ряд характеристик, в том числе и плотность. Наибольшее значение по этому параметру имеют марки быстрорежущих сталей, в состав которых введен высокий процент вольфрама.

Широкое распространение в промышленности получили бронза (медные сплавы, содержащие олово, алюминий, свинец и бериллий), латунь, медь и алюминий. Сплав, давший название бронзовому веку, когда практически все оружие, орудия труда и бытовые предметы изготавливались из него, состоял из меди и мышьяка.

Латунью называются сплавы меди с цинком и/или оловом. Для увеличения ломкости стружки в состав может быть введен свинец. Помимо использования для изготовления большого разнообразия деталей, применяющихся в самых различных областях – от космической отрасли до судостроения, эти сплавы востребованы в качестве материала для ювелирных и художественных изделий.

Дюралюминий – алюминиевый сплав, содержащий 4,4 % меди, – нашел широкое применение в авиационной промышленности благодаря высокой прочности в сочетании с малым удельным весом.

Говоря о плотности легких металлов, следует упомянуть титан, прочность которого сравнима с аналогичным показателем многих марок стали при почти вдвое меньшем удельном весе. Этот металл используют в изготовлении протезов, спортивного инвентаря, оружия, оборудования для химической промышленности (почти 15 % от всего объема). Не менее 70 % всего производимого титана используется в самолетостроении.

Знакомство человечества с металлами началось с золота и серебра. С незапамятных времен и до нашего времени эти драгоценные металлы в основном использовались как материал для изготовления ювелирных украшений и предметов искусства.

Высокая тугоплавкость вольфрама делает его незаменимым материалом для изготовления деталей различных приборов, а благодаря высокой плотности из него часто производят элементы радиационной защиты.

Из пластичного жаропрочного сплава хрома и никеля – нихрома – изготавливают, в частности, долговечные и прочные нити для электронагревательных элементов производственного оборудования и бытовых приборов.

Плотность всех этих металлов и сплавов, обладающих различным химическим составом, занесена в специальные таблицы и справочники, что позволяет быстро рассчитать вес металлической детали по ее размерам.

Важность плотности металла шва при сварке

На плотность материала сварных швов, помимо свойств металла соединяемых элементов и сварочного стержня, влияют также пустоты и мелкие усадочные раковины. Порообразование при сваривании деталей обусловлено, как правило, растворением в расплаве выделяющегося при сварке газа.

Оценить пористость металла в сварных швах можно, пользуясь разными методиками:

Чаще всего проверяют прочность сварных соединений канистр для горючих материалов, масла, воды, а также газгольдеров, трубопроводов, паровых котлов и т. д. Испытания непроницаемости и герметичности сварных швов корпуса металлического судна регламентирует ГОСТ 3285 от 1977 года, металлических труб с помощью гидравлического давления – ГОСТ 3845 от 1975 года.

Гидравлические и воздушные испытания, которым подвергают машины, механизмы, паровые котлы, сосуды и аппараты судов регламентированы ГОСТ 22161 (1976 год).
Для проведения гидравлического испытания в воде или другой жидкости, наполняющей сосуд, насосом или гидравлическим прессом создают давление в 1,1–1,5 раза выше рабочего. Для измерения давления используют поверенный и опломбированный манометр. Выдержка составляет от 5 до 10 минут, в течение которых проводят осмотр сварных швов, чтобы исключить подтекание и отпотевание (образование конденсата).
Открытые нефтяные резервуары, газгольдеры и другие сосуды для испытания наполняют водой и через несколько часов производят тщательный осмотр. Помимо струек и отпотевания на корпусе, о нарушенной герметичности швов может свидетельствовать понижение уровня жидкости.

При испытании места соединения проливают водяной струей, используя рукав, после чего осматривают обратную сторону, чтобы исключить наличие капель или струек воды. С помощью гидравлических испытаний швы проверяются как на плотность, так и на прочность.
Для пневматических испытаний испытываемые емкости заполняют под давлением воздухом или другим газом. Если позволяют размеры, сосуд погружают в воду, чтобы обнаружить выходящие через дефекты шва пузырьки. Для обследования больших резервуаров или труб, на участки сварного соединения наносят специальные пенные растворы. О наличии дефектов может говорить падение давления в испытываемом сосуде в течение 10–100 часов.

Для испытания крупногабаритных резервуаров или соединений трубопроводов также можно использовать струю сжатого воздуха, который подается с расстояния 3 см под прямым углом к сварному шву. Давление должно составлять не менее 400 кПа. Для того чтобы можно было визуально определить места пониженной плотности металла шва, на его обратную сторону наносят пенный раствор.

Важно! Недопустимо обстукивать испытываемые давлением сварные швы и пытаться избавиться от дефектов в ходе испытаний.
Вакуумное испытание проводят, устанавливая на нужный участок шва, смоченный мыльным раствором, специальную камеру, которая представляет собой короб без дна с прозрачным верхом. Для герметичности края короба снизу снабжены резиновым уплотнением. В камере создают отрицательное давление, причем перепад должен составлять от 6 до 7 кПа.

Если через прозрачный верх коробки наблюдается образование пузырей, это указывает на наличие дефектных участков соединения. Для проведения осмотра при отрицательной температуре в эмульсию добавляют хлористый калий или натрий. Этим методом широко пользуются для контроля качества швов, к которым невозможен доступ с обеих сторон.

Плотность металлов служит одной из ключевых характеристик в большинстве современных производственных процессов.

Источник

Пользуйтесь нашим приложением

Мы используем файлы cookie. Пользуясь сайтом, вы принимаете условия нашего соглашения. Принять Детальнее

Источник