На страницах нашего онлайн портала alivahotel.ru мы расскажем много самого интересного и познавательного, полезного и увлекательного для наших постоянных читателей.
Статья находится на проверке у методистов Skysmart. Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат (в правом нижнем углу экрана).
Масса
Начнем с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.
В Международном бюро мер и весов в Париже есть цилиндр массой один килограмм. Материал этого цилиндра — сплав иридия и платины. Его масса равна одному килограмму, и этот цилиндр — эталон для всего мира.
Высота этого цилиндра приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона
F = ma
В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.
Закон Всемирного тяготения
F = GMm/R2
M — масса первого тела (часто планеты) [кг]
m — масса второго тела [кг]
R — расстояние между телами [м]
G — гравитационная постоянная
G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2
Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне🙃
Откуда берется масса
Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона, например, масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.
Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.
Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс. Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.
Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.
Объем тела
Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Это важный навык — уметь объемы соотносить. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.
Например, чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.
Формула объема параллелепипеда
V = a*b*c
А для цилиндра будет справедлива такая формула:
Формула объема цилиндра
V = S*h
S — площадь основания [м^2]
Плотность вещества
Плотность — скалярная физическая величина. Определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
Формула плотности вещества
р — плотность вещества [кг/м^3]
m — масса вещества [кг]
V — объем вещества [м^3]
Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.
Ниже представлены значения плотностей для разных веществ. В дальнейшем это поможет при решении задач.
Таблица плотностей – первая таблица значений физических величин, с которой вы знакомитесь. В предыдущем параграфе вы узнали способ «рождения» аналогичных таблиц – проведение многочисленных измерений и последующих вычислений.
Вам уже известно, что при изменениях температуры объём тел меняется. Как следствие, меняется и плотность. Например, при 0°С и нормальном атмосферном давлении масса 1 м³ воздуха равна 1,3 кг, а при 100°С из-за теплового расширения в 1 м³ помещается 950 г воздуха (см. рисунок). Поэтому в таблицах со значениями плотностей всегда указана температура (см. таблицы далее).
Плотность всех веществ зависит и от давления, оказываемого на них. Например, на высоте 10 км атмосферное давление значительно меньше, чем вблизи земли, в результате чего там масса 1 м³ воздуха составляет всего около 400 граммов. Плотность твёрдых веществ и жидкостей в гораздо меньшей степени зависит от давления, чем плотность газов.
В правой колонке твёрдых веществ собраны металлы (см. таблицу). Как видите, плотность металлов составляет несколько тысяч килограммов на кубический метр. Например, плотность свинца 11300 кг/м³. Это значение можно записать короче, если выразить в других единицах, например так: 11,3 г/см³. Поясним, как сделан этот «перевод» одних единиц в другие:
11300
кг
=
11300 кг
=
11300 · 1000 г
=
11300000 г
=
11,3 г
= 11,3 г/см³
м³
( 100 см )³
100³ см³
1000000 см³
1 см³
В нижней таблице приведены плотности газов и сжиженных газов. Обратите внимание, как значительно отличается плотность газа и получающейся из него жидкости: воздух, азот и кислород уплотняются приблизительно в 700 раз, водород и гелий – в 800 раз. Примечание: углекислый газ при охлаждении при атмосферном давлении из газообразного состояния превращается сразу в твёрдое, поэтому в таблице вы видите прочерк.
Ещё со школьной скамьи все знают о том, что лёд не тонет в воде. Но в чём же причина, ведь, по логике, он должен быть тяжелее, чем вода. Всё дело в том, что на самом деле плотность льда меньше, чем плотность воды. Как такое возможно? Попробуем разобраться.
Почему плотность льда меньше плотности воды?
Почему вода в своём твёрдом состоянии (лёд) легче, чем вода в жидком состоянии? Ведь должно быть наоборот: при переходе из жидкого состояния в твёрдое плотность вещества должна увеличиться, а объём при этом уменьшиться. Это известно всем из школьного курса физики. Исключение составляет обычная вода. Когда она замерзает и переходит в состояние льда, то плотность её при этом уменьшается. А причина – в так называемых водородных связях. Кристаллическая решётка льда похожа на соты, в каждом из шести углов расположены молекулы воды, соединённые водородными связями. Расстояние между молекулами воды в твёрдом состоянии больше, чем в жидком, где они перемещались свободно и могли сближаться.
Что больше, плотность льда или воды: исключение из правил
Итак, мы выяснили, почему плотность льда меньше плотности воды. Но существует ещё одна интересная закономерность. Если воду охлаждать не сразу, а постепенно, то вплоть до температуры +4оС вещество действительно становится плотнее. То есть, на этом этапе никаких отклонений от нормы мы не наблюдаем. А пройдя эту отметку, вода становится легче и, в конце концов, образуется лёд, плотность которого меньше, чем плотность воды. Впервые на это необычное свойство обратил внимание ещё Галилео Галилей.
Причём после того, как температура воды становится ниже отметки +4оС, плотность падает скачкообразно – сразу на 8%. Насколько же различаются плотность воды и льда? Если принять плотность воды за единицу, то плотность льда будет составлять 0,91.
Что нужно знать?
После замерзания объём воды увеличивается на 9%. Именно это становится причиной того, что замёрзшая в трубах вода «рвёт» их.
Но если на коммунальном хозяйстве такие свойства воды сказываются крайне негативно, то обитателям водоёмов они спасают жизнь. Даже в самые холодные зимы озёра и пруды не промерзают до дна. Нижние слои воды охлаждаются до 4о, а верхние слои превращаются в лёд. Плотность льда меньше плотности воды, поэтому он не опускается на дно, позволяя водяным жителям перезимовать. Кроме того, в толще льда ещё и остаются воздушные пузырьки, они делают плотность льда ещё меньше, как и сам вес ледяной пластины.
Наглядно продемонстрировать, например, ребёнку, что вода расширяется при замерзании можно при помощи простого опыта. Достаточно налить воды в пластиковый стаканчик и оставить его на морозе. Через несколько часов можно наблюдать результат: стаканчик будет разорван или деформирован.
Ещё один интересный опыт, который понравится детям: возьмите пластиковую трубочку для коктейля, плотно залепите пластилином, и залейте туда воду, отметив маркером уровень. Поставьте трубочку в морозилку. Когда вода замёрзнет, будет видно, что уровень находится выше, чем первоначальный.
Плотность морской воды
Самая чистая вода
Уникальные свойства льда не ограничиваются его молекулярной структурой. Достаточно распространено мнение о пользе для здоровья именно талой воды. Однако учёные с сомнением относятся к «чудодейственным» свойствам такой воды. Ведь во время таяния льда его кристаллическая структура практически сразу разрушается, а значит, межмолекулярные связи становятся таким же, как и у обычной воды.
Если вы заботитесь о своём здоровье, то лучше установить качественную систему очистки водопроводной воды. А перед этим сдать воду на анализ. Лаборатория «УкрХимАнализ» проведёт анализ водопроводной воды по ключевым показателям (выбирайте пакет «Базовый», «Расширенный» или «Максимальный») и даст необходимые рекомендации, как улучшить её качество.
Химический элемент ртуть. Плотность металла в жидком и твердом агрегатных состояниях
Каждый человек, когда слышит слово «металл», представляет себе твердое блестящее тело, которое кажется холодным, если к нему прикоснуться. Однако в природе существует металл, который при комнатной температуре является жидким. Речь идет о ртути. Рассмотрим в статье свойства этого элемента, обращая особое внимание на вопрос плотности ртути.
Химический элемент
Если взглянуть на таблицу Менделеева, то под номером 80 в ней расположен элемент ртуть. Ему соответствует символ Hg, который имеет латинское название гидраргирум. Это слово с древнегреческого языка переводится как «жидкое серебро», что обусловлено серебристым цветом металла и его жидким состоянием при нормальных условиях.
Перед ртутью в периодической таблице находится золото (Au). Такое соседство не является случайным, ведь многие химические свойства ртути подобны таковым для «царя металлов».
Рассматриваемый элемент не является химически активным, он плохо проводит тепло, однако является хорошим проводником электричества. Ртуть не растворяется в воде, ее способны растворить лишь концентрированные кислоты, например, азотная. В самом жидком металле легко растворяются многие другие металлы, включая серебро и золото. Любопытно, что железо в ртути не растворяется, это позволяет его использовать в качестве материала для контейнеров, содержащих ртуть.
Причина необычных свойств ртути
Чтобы понять, почему ртуть жидкая, вспомним, что собой представляет металлическая связь. Согласно упрощенной и наглядной модели, эта химическая связь образуется, когда атомы металла легко отдают слабо связанные валентные электроны в межатомное пространство. Последние образуют электронный газ, который связывает в результате кулоновских взаимодействий положительно заряженные ионы в кристаллической решетке.
Заметим, что подобной электронной структурой обладают также цинк и кадмий. Оба металла также являются легкоплавкими, однако их температура плавления все же выше, чем у ртути, что обусловлено отсутствием у атомов этих элементов заполненной f-орбитали.
Какая плотность ртути?
Поскольку при нормальных условиях ртуть является текучим веществом, то любопытно узнать, насколько она тяжелая. Плотность ртути в кг на кубический метр составляет 13546. Это значение говорит, что рассматриваемый металл является очень тяжелым. Если ртутью набрать сосуд объемом 1 литр, то его масса составит 13,5 килограмм.
Плотности же рассматриваемых веществ отличаются в 13,5 раз. Мы получили очень близкую цифру, подтвердив тем самым изложенный выше факт. Поскольку расчетная цифра оказалась несколько меньше, чем экспериментальное значение, то это говорит о том, что среднее расстояние между атомами ртути в жидкости меньше, чем расстояние между молекулами воды.
Твердая ртуть
Как большая плотность проявляет себя на практике?
Будучи плотной жидкостью, ртуть также обладает огромным поверхностным натяжением. Когда ртуть разливают практически на любую поверхность, то она собирается в круглые капли.
Большая плотность приводит к тому, что любой железный предмет спокойно плавает на ее поверхности в результате действия на него архимедовой силы.
«Современная профориентация педагогов и родителей, перспективы рынка труда и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Бродковская средняя общеобразовательная школа имени
Героя Советского Союза Бориса Ивановича Конева»
Исследование плотности некоторых веществ
Штехман Марина Олеговна
В мире существует огромное многообразие веществ, но каждое вещество обладает своими свойствами, как физическими, так и химическими. Одним из таких свойств является плотность.
Цель исследования: изучить вещества с разными физическими свойствами и разной плотностью.
— провести обзор литературных данных, познакомиться с характеристикой величины;
— изучить физические свойства некоторых веществ (спирт, вода, растительное масло, жидкое мыло);
— измерить массу и объем этих веществ, что позволит рассчитать их плотность;
— осуществить эксперимент, характеризующий свойства веществ с различной плотностью.
Гипотеза: вещества, обладающими разными физическими свойствами, имеют разную плотность.
Предмет исследования: вещества с различными физическими свойствами.
Объект исследования: плотность.
Масса вещества, содержащегося в единице объема, называется плотностью вещества. Чтобы найти плотность, необходимо массу вещества разделить на его объем. Плотность обозначается греческой буквой ρ (ро). Тогда: плотность = масса/объем или
Единицей измерения плотности в СИ является 1 кг/м3. Если объем тела измерен в см3, то для определения массы тела удобно использовать значение плотности ρ, выраженное в г/cм3.
Формула плотности вещества ρ = m/V применяется для однородных тел, т. е. для тел, состоящих из одного вещества. Это тела, не имеющие воздушных полостей или не содержащие примесей других веществ. По значению измеренной плотности судят о чистоте вещества. Не добавлен ли, например, внутрь слитка золота какой-либо дешевый металл.
1.2. Факторы, влияющие на плотность
1.2.1. Зависимость плотности от температуры
Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения. При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.
1.2.2. Зависимость плотности от агрегатного состояния вещества
1.3. Факты о плотности
Средняя плотность Земли равна примерно 5,5 г/cм3. Этот и другие известные науке факты позволили сделать некоторые выводы о строении Земли. Средняя толщина земной коры около 33 км. Земная кора сложена преимущественно из почвы и горных пород. Средняя плотность земной коры равна 2,7 г/cм3, а плотность пород, залегающих непосредственно под земной корой, — 3,3 г/cм3. Но обе эти величины меньше 5,5 г/cм3, т. е. меньше средней плотности Земли. Отсюда следует, что плотность вещества, находящегося в глубине земного шара, больше средней плотности Земли. Ученые предполагают, что в центре Земли плотность вещества достигает значения 11,5 г/cм3, т. е. приближается к плотности свинца.
Средняя плотность тканей тела человека равна 1036 кг/м3, плотность крови (при t = 20°С) — 1050 кг/м3.
Малую плотность древесины (в 2 раза меньше, чем пробки) имеет дерево бальса. Из него делают плоты, спасательные пояса. На Кубе растет дерево эшиномена колючеволосая, древесина которой имеет плотность в 25 раз меньше плотности воды, т. е. ρ = 0,04 г/cм3. Очень большая плотность древесины у змеиного дерева. Дерево тонет в воде, как камень.
2. Практическая часть
2.1. Методика исследования.
2.1.1. Расчет плотности веществ
Для изучения плотности мы взяли вещества с различными физическими свойствами: спирт, воду, растительное масло, жидкое мыло. Чтобы рассчитать плотность этих веществ мы воспользовались формулой:
— Диапазон измерений 0.1-1 кг.
— Чувствительность и непостоянство показаний без нагрузки 25 мг.
— Погрешность от неравноплечести при НПВ 100 мг (0,1 г).
— Габаритные размеры 490х455х170 мм.
Рис. 1. ВЕСЫ АПТЕЧНЫЕ МОРА ВА-4М
Применяются для взвешивания медикаментов, химикатов в аптеках и лабораториях.
Для работы необходим набор гирь Г-4-1111.10. Все оборудование нашли в школьной лаборатории.
Оборудование и реактивы: высокий стеклянный стакан или цилиндр, вода, спирт этиловый, масло растительное, мыло жидкое, пищевые красители.
Одинаковый объем жидкостей вливаем поочередно (не взбалтывая, по стенке сосуда) в высокий стакан или цилиндр: 1 – жидкое мыло (как вещество с большей плотностью), 2 – воду, подкрашенную пищевым красителем, 3 – растительное масло, 4 – спирт (самая меньшая плотность из взятых веществ).
