Содержание материала
Опытное подтверждение
Рассмотрим опыт, представленный на рисунке 1.
Возьмем два одинаковых цилиндра: они одинаковой формы и объема, но изготовлены из разных материалов.
Один сделан из алюминия, а другой из свинца. Поместим их на разные чаши весов.
В итоге, мы увидим, что масса цилиндра из алюминия будет почти в 4 раза меньше массы цилиндра из свинца.
Тела, имеющие равные объемы, но состоящие из разных веществ, имеют разные массы.
На рисунке изображены 3 тела массой 100 г: лед, железо и золото.
Здесь представлены тела одинаковой массы, но взгляните на их объем. Объем льда будет почти в 8,5 раз больше объема куска железа той же массы. А объем золота будет почти в 3 раза меньше объема железа.
Тела с равными массами, но состоящие из разных веществ, имеют разные объемы.
Видео
Как определить плотность жидкости
Математический расчет плотности жидкого вещества выглядит как частное от деления взятой массы на тот объем, который оно занимает.
\(\rho=m\div V\)
Где m — масса жидкости, V — ее объем.
Единицей измерения плотности является кг/м3 (для системы СИ). Обозначение в системе CUC — г/см3.
Жидкость, представляющая собой смесь двух и более компонентов, имеет значение плотности, определяемой по формуле:
\(\rho=(\rho1\times V1+\rho2V2)\div(V1+V2)\)
Существует деление жидкостей на:
- Идеальные — имеются ввиду абсолютно подвижные жидкие вещества, на которых не действуют посторонние силы. Они неизменны в своем объеме. Таких жидкостей практически не бывает.
- Реальные — могут сжиматься, сопротивляться давлению, т.е. реагировать на посторонние силы.
Реальные, в свою очередь, подразделяются на:
- Ньютоновские — для них характерно послойное движение (сдвигание), скорость которого пропорциональна напряжению. Когда регистрируется абсолютный покой, напряжение равно нулю. К ньютоновским жидкостям относятся вода, масло, керосин, бензин и др.
- Бингамовские — жидкости, имеющие начальный предел текучести, ниже которого они не текут и имеют свойства твёрдого тела.
Почему плотность можно использовать для идентификации образца?
Плотность удобно использовать для идентификации чистых образцов, поскольку каждое вещество имеет собственное значение этой величины. По измеренному значению плотности можно, пользуясь справочником, определить соответствующее вещество.
Средняя плотность
В школьном курсе чаще всего говорят о средней плотности тела. Дело в том, что если мы рассмотрим какое-нибудь неоднородное тело, то в одной его части будет, например, большая плотность, а в другой — меньшая.
Если вы когда-то делали ремонт, то знакомы с такой вещью, как цемент. Он состоит из двух веществ: клинкера и гипса. Значит нам нужно отдельно найти плотность гипса, плотность клинкера по формуле, указанной выше, а потом найти среднее арифметическое двух плотностей. Можно сделать так.
А можно просто массу цемента разделить на объем цемента и мы получим ровно то же самое. Просто в данном случае мы берем не массу и объем вещества, а массу и объем тела.
| Формула плотности тела р = m/V р — плотность тела [кг/м3] m — масса тела [кг] V — объем тела [м3] |
Какова плотность воздуха?
При +20 °C и атмосферном давлении 101,325 кПа (на уровне моря) плотность воздуха составляет 0,00120 г/см3. Атмосферное давление зависит от погодных условий (снижается во время дождя или снега) и высоты измерения (снижается по мере подъема над уровнем моря). Например, на высоте 440 м над уровнем моря среднегодовое атмосферное давление составляет всего 96,12 кПа, а плотность воздуха снижается до 0,00114 г/см3 при +20 °C.
Плотности различных твердых тел
| Твердое тело | $\rho, \frac{кг}{м^3}$ | $\rho, \frac{г}{см^3}$ | Твердое тело | $\rho, \frac{кг}{м^3}$ | $\rho, \frac{г}{см^3}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| Осмий | 22 600 | 22,6 | Мрамор | 2700 | 2,7 |
| Иридий | 22 400 | 22,4 | Стекло | 2500 | 2,5 |
| Платина | 21 500 | 21,5 | Фарфор | 2300 | 2,3 |
| Золото | 19 300 | 19,3 | Бетон | 2300 | 2,3 |
| Свинец | 11 300 | 11,3 | Кирпич | 1800 | 1,8 |
| Серебро | 10 500 | 10,5 | Сахар | 1600 | 1,6 |
| Медь | 8900 | 8,9 | Оргстекло | 1200 | 1,2 |
| Латунь | 8500 | 8,5 | Капрон | 1100 | 1,1 |
| Сталь, железо | 7800 | 7,8 | Полиэтилен | 920 | 0,92 |
| Олово | 7300 | 7,3 | Парафин | 900 | 0,90 |
| Цинк | 7100 | 7,1 | Лед | 900 | 0,90 |
| Чугун | 7000 | 7,0 | Дуб сухой | 700 | 0,70 |
| Корунд | 4000 | 4,0 | Сосна сухая | 400 | 0,40 |
| Алюминий | 2700 | 2,7 | Пробка | 240 | 0,24 |
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.
Скажем, чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.
| Формула объема параллелепипеда V = abc V — объем [м3] a — длина [м] b — ширина [м] c — высота [м] |
А для цилиндра будет справедлива такая формула:
| Формула объема цилиндра V = Sh V — объем [м3] S — площадь основания [м2] h — высота [м] |
Аномальные и идеальные жидкостные вещества
Разделяют два типа жидкостных веществ, в соответствии, с их внутренними параметрами:
- Аномальные жидкостные вещества.
- Идеальные жидкостные вещества.
Аномальными жидкостными веществами именуют жидкости, не подчиняющиеся закону вязкости Ньютона. Аналогичные жидкостные вещества имеют способность предпринимать передвижение после момента относительного напряжения при преодолении граничного порога по минимуму. Данное явление именуют начальным напряжением сдвига. Данные жидкостные вещества не имеют возможности передвигаться при малых напряжениях и терпят эластичные деформации.
К идеальным жидкостным веществам относятся воображаемые жидкостные вещества, не подверженные никаким деформациям, таким образом данные вещества не имеют параметров вязкости. Для вычисления вязкости требуется ввести конкретные корректировочные показатели.