Studi tentang kepadatan zat dimulai dalam kursus fisika sekolah menengah. Konsep ini dianggap mendasar dalam presentasi lebih lanjut tentang dasar-dasar teori kinetik molekuler dalam mata kuliah fisika dan kimia. Tujuan mempelajari struktur materi, metode penelitian dapat diasumsikan sebagai pembentukan ide-ide ilmiah tentang dunia.
Ide awal tentang satu gambaran dunia diberikan oleh fisika. Kelas 7 mempelajari kepadatan materi berdasarkan ide-ide paling sederhana tentang metode penelitian, aplikasi praktis dari konsep dan rumus fisika.
Metode penelitian fisik
Seperti yang Anda ketahui, di antara metode mempelajari fenomena alam, pengamatan dan eksperimen dibedakan. Pengamatan fenomena alam diajarkan di sekolah dasar: pengukuran sederhana dilakukan, seringkali mereka menyimpan "Kalender Alam". Bentuk-bentuk pembelajaran ini dapat mengarahkan anak pada kebutuhan untuk menjelajahi dunia, membandingkan fenomena yang diamati, dan mengidentifikasi hubungan sebab-akibat.
Namun, hanya eksperimen yang dilakukan sepenuhnya yang akan memberi peneliti muda alat untuk mengungkap rahasia alam. Pengembangan keterampilan eksperimental, penelitian dilakukan di kelas praktis dan selama pekerjaan laboratorium.
Melakukan percobaan dalam kursus fisika dimulai dengan definisi besaran fisika seperti panjang, luas, volume. Pada saat yang sama, koneksi dibuat antara matematika (cukup abstrak untuk anak) dan pengetahuan fisik. Banding pada pengalaman anak, pertimbangan fakta yang diketahuinya sejak lama dari sudut pandang ilmiah berkontribusi pada pembentukan kompetensi yang diperlukan dalam dirinya. Tujuan pelatihan dalam hal ini adalah keinginan untuk mandiri pemahaman yang baru.
Studi kepadatan
Sesuai dengan metode pengajaran yang bermasalah, di awal pelajaran, Anda dapat menanyakan teka-teki terkenal: "Mana yang lebih berat: satu kilogram bulu angsa atau satu kilogram besi tuang?" Tentu saja, anak usia 11-12 tahun dapat dengan mudah menjawab pertanyaan yang mereka ketahui. Tetapi daya tarik pada esensi masalah, kesempatan untuk mengungkapkan kekhasannya, mengarah pada konsep kepadatan.
Massa jenis suatu zat adalah massa dari satu satuan volumenya. Tabel, biasanya diberikan dalam buku teks atau buku referensi, memungkinkan Anda untuk mengevaluasi perbedaan antara zat, serta keadaan agregat suatu zat. Indikasi perbedaan sifat fisika zat padat, cair, dan gas, yang telah dibahas sebelumnya, penjelasan perbedaan ini tidak hanya dalam struktur dan susunan partikel, tetapi juga dalam ekspresi matematis dari karakteristik suatu zat, mengambil studi fisika ke tingkat yang berbeda.
Untuk mengkonsolidasikan pengetahuan tentang makna fisik dari konsep yang dipelajari memungkinkan tabel kerapatan zat. Anak, memberikan jawaban atas pertanyaan: "Apa arti nilai kerapatan suatu zat?", Memahami bahwa ini adalah massa 1 cm 3 (atau 1 m 3) zat tersebut.
Pertanyaan tentang satuan massa jenis sudah dapat diajukan pada tahap ini. Penting untuk mempertimbangkan cara mengubah satuan pengukuran dalam sistem referensi yang berbeda. Hal ini memungkinkan untuk menyingkirkan pemikiran statis, untuk menerima sistem kalkulus lain dalam hal-hal lain.
Penentuan kepadatan
Secara alami, studi fisika tidak dapat lengkap tanpa pemecahan masalah. Pada tahap ini, formula perhitungan dimasukkan. dalam fisika kelas 7, mungkin rasio fisik pertama dari kuantitas untuk anak-anak. Perhatian khusus diberikan bukan hanya karena mempelajari konsep massa jenis, tetapi juga karena fakta metode pengajaran untuk memecahkan masalah.
Pada tahap inilah algoritma untuk memecahkan masalah komputasi fisik diletakkan, ideologi penerapan rumus dasar, definisi, dan pola. Guru mencoba mengajarkan analisis masalah, cara mencari yang tidak diketahui, kekhasan penggunaan satuan ukuran dengan menggunakan rasio seperti rumus massa jenis dalam fisika.
Contoh penyelesaian masalah
Contoh 1
Tentukan bahan apa yang terbuat dari kubus dengan massa 540 g dan volume 0,2 dm3.
-? m \u003d 540 g, V \u003d 0,2 dm 3 \u003d 200 cm 3
Analisis
Berdasarkan pertanyaan masalah, kita memahami bahwa tabel massa jenis padatan akan membantu kita menentukan bahan dari mana kubus dibuat.
Oleh karena itu, kami mendefinisikan kepadatan materi. Dalam tabel, nilai ini diberikan dalam g / cm 3, sehingga volume dari dm 3 diubah menjadi cm 3.
Keputusan
Menurut definisi: = m: V.
Kami diberikan: volume, massa. Massa jenis suatu zat dapat dihitung:
\u003d 540 g: 200 cm 3 \u003d 2,7 g / cm 3, yang sesuai dengan aluminium.
Menjawab: Kubus terbuat dari aluminium.
Definisi besaran lainnya
Menggunakan rumus penghitungan massa jenis memungkinkan Anda menentukan besaran fisika lainnya. Massa, volume, dimensi linier benda yang terkait dengan volume mudah dihitung dalam tugas. Pengetahuan tentang rumus matematika untuk menentukan luas dan volume bentuk geometris digunakan dalam tugas, yang memungkinkan untuk menjelaskan perlunya mempelajari matematika.
Contoh 2
Tentukan tebal lapisan tembaga yang menutupi suatu bagian dengan luas permukaan 500 cm 2 jika diketahui bahwa 5 g tembaga telah digunakan untuk pelapis tersebut.
h-? S \u003d 500 cm 2, m \u003d 5 g, \u003d 8,92 g / cm 3.
Analisis
Tabel kerapatan zat memungkinkan Anda menentukan kerapatan tembaga.
Mari kita gunakan rumus perhitungan kepadatan. Dalam rumus ini, ada volume suatu zat, berdasarkan mana dimensi linier dapat ditentukan.
Keputusan
Menurut definisi: = m: V, tetapi rumus ini tidak mengandung nilai yang diinginkan, jadi kami menggunakan:
Mensubstitusikan ke dalam rumus utama, kita mendapatkan: = m: Sh, dari mana:
Mari kita hitung: h \u003d 5 g: (500 cm 2 x 8,92 g / cm 3) \u003d 0,0011 cm \u003d 11 mikron.
Menjawab: ketebalan lapisan tembaga adalah 11 m.
Penentuan densitas secara eksperimental
Sifat eksperimental ilmu fisika ditunjukkan dalam percobaan laboratorium. Pada tahap ini, keterampilan melakukan percobaan, menjelaskan hasilnya diperoleh.
Tugas praktis untuk menentukan kerapatan suatu zat meliputi:
- Penentuan massa jenis zat cair. Pada tahap ini, orang-orang yang telah menggunakan gelas ukur sebelumnya dapat dengan mudah menentukan massa jenis cairan menggunakan rumus.
- Penentuan massa jenis zat benda padat berbentuk teratur. Tugas ini juga tidak diragukan lagi, karena masalah komputasi serupa telah dipertimbangkan dan pengalaman telah diperoleh dalam mengukur volume dengan dimensi linier benda.
- Penentuan massa jenis benda padat yang bentuknya tidak beraturan. Saat melakukan tugas ini, kami menggunakan metode penentuan volume benda yang bentuknya tidak beraturan menggunakan gelas kimia. Sangat berguna untuk mengingat sekali lagi ciri-ciri metode ini: kemampuan benda padat untuk menggantikan cairan yang volumenya sama dengan volume benda. Selanjutnya, tugas diselesaikan dengan cara standar.
Tugas dengan kompleksitas yang meningkat
Anda dapat memperumit tugas dengan mengundang anak-anak untuk menentukan bahan dari mana tubuh dibuat. Tabel kepadatan zat yang digunakan dalam hal ini memungkinkan Anda memperhatikan kebutuhan untuk dapat bekerja dengan informasi referensi.
Ketika memecahkan masalah eksperimental, siswa dituntut untuk memiliki sejumlah pengetahuan yang diperlukan di bidang penggunaan dan konversi satuan pengukuran. Seringkali inilah yang menyebabkan jumlah kesalahan dan kekurangan terbesar. Mungkin tahap studi fisika ini harus diberi lebih banyak waktu, ini memungkinkan Anda untuk membandingkan pengetahuan dan pengalaman belajar.
Kepadatan massal
Studi tentang zat murni tentu saja menarik, tetapi seberapa sering zat murni ditemukan? Dalam kehidupan sehari-hari, kita menemukan campuran dan paduan. Bagaimana menjadi dalam kasus ini? Konsep massa jenis tidak akan membiarkan siswa melakukan kesalahan tipikal dan menggunakan nilai rata-rata massa jenis zat.
Hal ini sangat diperlukan untuk memperjelas masalah ini, untuk memberikan kesempatan untuk melihat, merasakan perbedaan antara massa jenis suatu zat dan massa jenis pada tahap awal. Memahami perbedaan ini diperlukan dalam studi fisika lebih lanjut.
Perbedaan ini sangat menarik dalam kasus ini, memungkinkan anak untuk mempelajari kerapatan curah tergantung pada pemadatan bahan, ukuran partikel individu (kerikil, pasir, dll.) selama kegiatan penelitian awal.
Kepadatan relatif zat
Perbandingan sifat-sifat berbagai zat cukup menarik berdasarkan kepadatan relatif suatu zat - salah satu dari jumlah ini.
Biasanya kerapatan relatif suatu zat ditentukan dalam kaitannya dengan air suling. Sebagai rasio kerapatan zat tertentu dengan kerapatan standar, nilai ini ditentukan menggunakan piknometer. Tetapi informasi ini tidak digunakan dalam kursus sekolah ilmu alam, menarik untuk studi mendalam (paling sering opsional).
Tingkat Olimpiade dalam mempelajari fisika dan kimia juga dapat dipengaruhi oleh konsep "kerapatan relatif suatu zat terhadap hidrogen". Hal ini biasanya diterapkan pada gas. Untuk menentukan kerapatan relatif suatu gas, rasio massa molar gas uji dengan penggunaan tidak dikecualikan.
Mari kita letakkan silinder besi dan aluminium dengan volume yang sama pada timbangan (Gbr. 122). Keseimbangan timbangan telah terganggu. Mengapa?
Beras. 122
Dalam praktikum, Anda mengukur berat badan dengan membandingkan berat kettlebell dengan berat badan. Ketika bobot berada dalam keseimbangan, massa ini sama. Ketidakseimbangan berarti massa benda tidak sama. Massa silinder besi lebih besar dari pada aluminium. Tetapi volume silinder sama. Ini berarti bahwa satu satuan volume (1 cm 3 atau 1 m 3) besi memiliki massa yang lebih besar daripada aluminium.
Massa suatu zat yang terkandung dalam satuan volume disebut massa jenis zat. Untuk menemukan massa jenis, Anda perlu membagi massa suatu zat dengan volumenya. Kepadatan dilambangkan dengan huruf Yunani (rho). Kemudian
massa jenis = massa/volume
= m/V.
Satuan SI untuk massa jenis adalah 1 kg/m 3. Kepadatan berbagai zat telah ditentukan secara eksperimental dan disajikan pada Tabel 1. Gambar 123 menunjukkan massa zat yang Anda ketahui dalam volume V = 1 m 3.
Beras. 123
Massa jenis zat padat, cair, dan gas
(pada tekanan atmosfer normal)
Bagaimana memahami bahwa kerapatan air \u003d 1000 kg / m 3? Jawaban atas pertanyaan ini mengikuti dari rumus. Massa air dalam volume V \u003d 1 m 3 sama dengan m \u003d 1000 kg.
Dari rumus massa jenis, massa suatu zat
m = V.
Dari dua benda dengan volume yang sama, benda dengan massa jenis materi yang lebih besar memiliki massa yang lebih besar.
Membandingkan massa jenis besi w = 7800 kg / m 3 dan aluminium al = 2700 kg / m 3, kita memahami mengapa dalam percobaan (lihat Gambar 122) massa silinder besi ternyata lebih besar daripada massa silinder aluminium dengan volume yang sama.
Jika volume benda diukur dalam cm 3, maka untuk menentukan massa benda akan lebih mudah menggunakan nilai kerapatan , dinyatakan dalam g / cm 3.
Rumus massa jenis zat = m/V digunakan untuk benda homogen, yaitu untuk benda yang terdiri dari satu zat. Ini adalah benda yang tidak memiliki rongga udara atau tidak mengandung kotoran zat lain. Kemurnian zat dinilai dari nilai densitas yang diukur. Apakah ada, misalnya, beberapa logam murah yang ditambahkan di dalam emas batangan?
Pikirkan dan jawab
- Bagaimana keseimbangan neraca berubah (lihat Gambar 122) jika, alih-alih silinder besi, sebuah silinder kayu dengan volume yang sama diletakkan di atas cangkir?
- Apa itu kepadatan?
- Apakah massa jenis suatu zat bergantung pada volumenya? Dari massa?
- Dalam satuan apa kerapatan diukur?
- Bagaimana cara mengubah satuan massa jenis g/cm 3 ke satuan massa jenis kg/m 3?
Menarik untuk diketahui!
Sebagai aturan, zat dalam keadaan padat memiliki kerapatan yang lebih besar daripada dalam keadaan cair. Pengecualian untuk aturan ini adalah es dan air, yang terdiri dari molekul H 2 O. Massa jenis es adalah = 900 kg / m 3, massa jenis air? \u003d 1000 kg / m 3. Massa jenis es lebih kecil daripada massa jenis air, yang menunjukkan pengemasan molekul yang kurang rapat (yaitu, jarak yang jauh di antara mereka) dalam wujud zat padat (es) daripada dalam wujud cair (air). Di masa depan, Anda akan bertemu dengan anomali (kelainan) lain yang sangat menarik dalam sifat-sifat air.
Kepadatan rata-rata Bumi adalah sekitar 5,5 g/cm 3 . Fakta ini dan fakta lain yang diketahui sains memungkinkan untuk menarik beberapa kesimpulan tentang struktur Bumi. Ketebalan rata-rata kerak bumi adalah sekitar 33 km. Kerak bumi sebagian besar terdiri dari tanah dan batuan. Massa jenis rata-rata kerak bumi adalah 2,7 g/cm3, dan massa jenis batuan yang terletak langsung di bawah kerak bumi adalah 3,3 g/cm3. Tetapi kedua nilai ini kurang dari 5,5 g/cm 3 , yaitu kurang dari kepadatan rata-rata Bumi. Dari sini dapat disimpulkan bahwa kerapatan materi yang terletak di kedalaman dunia lebih besar daripada kerapatan rata-rata Bumi. Para ilmuwan menyarankan bahwa di pusat Bumi kerapatan materi mencapai 11,5 g/cm 3 , yaitu mendekati kerapatan timbal.
Kepadatan rata-rata jaringan tubuh manusia adalah 1036 kg / m 3, kepadatan darah (pada t = 20 ° C) adalah 1050 kg / m 3.
Kayu balsa memiliki kerapatan kayu yang rendah (2 kali lebih kecil dari kayu gabus). Rakit, ikat pinggang dibuat darinya. Di Kuba, tumbuh pohon echinomena berambut berduri, yang kayunya memiliki kerapatan 25 kali lebih kecil dari kerapatan air, yaitu = 0,04 g / cm 3. Pohon ular memiliki kepadatan kayu yang sangat tinggi. Kayu tenggelam dalam air seperti batu.
Lakukan sendiri di rumah
Ukur kerapatan sabun. Untuk melakukan ini, gunakan sabun batang persegi panjang. Bandingkan nilai kepadatan yang Anda ukur dengan nilai yang diperoleh teman sekelas Anda. Apakah nilai kepadatan yang diperoleh sama? Mengapa?
Menarik untuk diketahui
Sudah selama masa hidup ilmuwan Yunani kuno yang terkenal Archimedes (Gbr. 124), legenda disusun tentang dia, alasannya adalah penemuannya yang membuat kagum orang-orang sezamannya. Salah satu legenda mengatakan bahwa raja Syracusan Heron II meminta pemikir untuk menentukan apakah mahkotanya terbuat dari emas murni atau perhiasan dicampur sejumlah besar perak ke dalamnya. Tentu saja, mahkota seharusnya tetap utuh. Tidak sulit bagi Archimedes untuk menentukan massa mahkota. Jauh lebih sulit untuk mengukur volume mahkota secara akurat untuk menghitung kepadatan logam dari mana mahkota itu dilemparkan dan menentukan apakah itu emas murni. Kesulitannya adalah bentuknya yang salah!
Beras. 124
Suatu ketika Archimedes, tenggelam dalam pikiran tentang mahkota, sedang mandi, di mana dia memiliki ide cemerlang. Volume mahkota dapat ditentukan dengan mengukur volume air yang dipindahkan olehnya (Anda sudah familiar dengan metode pengukuran volume benda yang bentuknya tidak beraturan). Setelah menentukan volume mahkota dan massanya, Archimedes menghitung kepadatan zat dari mana pembuat perhiasan membuat mahkota.
Menurut legenda, kerapatan bahan mahkota ternyata lebih kecil daripada kerapatan emas murni, dan penjual perhiasan yang tidak jujur ketahuan selingkuh.
Latihan
- Massa jenis tembaga adalah m = 8,9 g / cm 3, dan massa jenis aluminium adalah al = 2700 kg / m 3. Zat mana yang lebih padat dan seberapa banyak?
- Tentukan massa pelat beton yang volumenya V = 3,0 m3.
- Dari bahan apakah bola bervolume V = 10 cm3 dibuat, jika massanya m = 71 g?
- Tentukan massa kaca jendela yang panjangnya a = 1,5 m, tinggi b = 80 cm dan tebal c = 5,0 mm.
- Massa total N = 7 lembar besi atap identik m = 490 kg. Ukuran masing-masing lembaran adalah 1 x 1,5 m. Tentukan tebal lembaran tersebut.
- Silinder baja dan aluminium memiliki luas penampang dan massa yang sama. Manakah dari silinder yang memiliki ketinggian lebih tinggi dan berapa banyak?
Kami menempatkan silinder besi dan aluminium dengan volume yang sama pada timbangan. Keseimbangan timbangan telah terganggu. Mengapa?
Ketidakseimbangan berarti massa benda tidak sama. Massa silinder besi lebih besar dari pada aluminium. Tetapi volume silinder sama. Ini berarti bahwa satu satuan volume (1 cm 3 atau 1 m 3) besi memiliki massa yang lebih besar daripada aluminium.
Massa suatu zat yang terkandung dalam satuan volume disebut kepadatan materi.
Untuk menemukan massa jenis, Anda perlu membagi massa suatu zat dengan volumenya. Kepadatan dilambangkan dengan huruf Yunani ρ (ro). Kemudian
massa jenis = massa / volume,
ρ = m/V .
Satuan SI untuk massa jenis adalah 1 kg/m 3. Kepadatan berbagai zat ditentukan secara eksperimental dan disajikan dalam tabel:
| Zat | , kg / m 3 | , g/cm 3 |
|---|---|---|
| Zat dalam keadaan padat pada 20 °C | ||
| Osmium | 22600 | 22,6 |
| iridium | 22400 | 22,4 |
| Platinum | 21500 | 21,5 |
| Emas | 19300 | 19,3 |
| Memimpin | 11300 | 11,3 |
| Perak | 10500 | 10,5 |
| Tembaga | 8900 | 8,9 |
| Kuningan | 8500 | 8,5 |
| Besi baja | 7800 | 7,8 |
| Timah | 7300 | 7,3 |
| Seng | 7100 | 7,1 |
| Besi cor | 7000 | 7,0 |
| Korundum | 4000 | 4,0 |
| Aluminium | 2700 | 2,7 |
| Marmer | 2700 | 2,7 |
| kaca jendela | 2500 | 2,5 |
| Porselen | 2300 | 2,3 |
| Konkret | 2300 | 2,3 |
| Garam | 2200 | 2,2 |
| Bata | 1800 | 1,8 |
| kaca plexiglass | 1200 | 1,2 |
| kapron | 1100 | 1,1 |
| Polietilena | 920 | 0,92 |
| Parafin | 900 | 0,90 |
| Es | 900 | 0,90 |
| Ek (kering) | 700 | 0,70 |
| Pinus (kering) | 400 | 0,40 |
| sumbat | 240 | 0,24 |
| Cairan pada 20 °C | ||
| Air raksa | 13600 | 13,60 |
| Asam sulfat | 1800 | 1,80 |
| Gliserin | 1200 | 1,20 |
| air laut | 1030 | 1,03 |
| Air | 1000 | 1,00 |
| Minyak bunga matahari | 930 | 0,93 |
| Oli mesin | 900 | 0,90 |
| Minyak tanah | 800 | 0,80 |
| Alkohol | 800 | 0,80 |
| Minyak | 800 | 0,80 |
| Aseton | 790 | 0,79 |
| Eter | 710 | 0,71 |
| Bensin | 710 | 0,71 |
| Timah cair (at t= 400 °C) | 6800 | 6,80 |
| Udara cair (pada t= -194 °C) | 860 | 0,86 |
| Gas pada 0 °C | ||
| Klorin | 3,210 | 0,00321 |
| Karbon monoksida (IV) (karbon dioksida) | 1,980 | 0,00198 |
| Oksigen | 1,430 | 0,00143 |
| Udara | 1,290 | 0,00129 |
| Nitrogen | 1,250 | 0,00125 |
| Karbon monoksida (II) (karbon monoksida) | 1,250 | 0,00125 |
| Gas alam | 0,800 | 0,0008 |
| Uap air (at t= 100 °C) | 0,590 | 0,00059 |
| Helium | 0,180 | 0,00018 |
| Hidrogen | 0,090 | 0,00009 |
Bagaimana memahami bahwa kerapatan air \u003d 1000 kg / m 3? Jawaban atas pertanyaan ini mengikuti dari rumus. Massa air dalam volume V\u003d 1 m 3 sama dengan m= 1000kg
Dari rumus massa jenis, massa suatu zat
m = ρ V.
Dari dua benda dengan volume yang sama, benda dengan massa jenis materi yang lebih besar memiliki massa yang lebih besar.
Membandingkan massa jenis besi w = 7800 kg/m 3 dan aluminium al = 2700 kg/m 3 , kita memahami mengapa dalam percobaan massa silinder besi ternyata lebih besar daripada massa silinder aluminium tabung volume yang sama.
Jika volume benda diukur dalam cm 3, maka untuk menentukan massa benda akan lebih mudah menggunakan nilai kerapatan , dinyatakan dalam g / cm 3.
Mari kita terjemahkan, misalnya, massa jenis air dari kg / m 3 ke g / cm 3:
dalam \u003d 1000 kg / m 3 \u003d 1000 \ ( \ frac (1000 ~ g) (1000000 ~ cm ^ (3)) \) \u003d 1 g / cm 3.
Jadi, nilai numerik kerapatan zat apa pun, yang dinyatakan dalam g / cm 3, adalah 1000 kali lebih kecil dari nilai numeriknya, yang dinyatakan dalam kg / m 3.
Rumus kepadatan materi = m/V itu digunakan untuk benda homogen, yaitu, untuk benda yang terdiri dari satu zat. Ini adalah benda yang tidak memiliki rongga udara atau tidak mengandung kotoran zat lain. Kemurnian zat dinilai dari nilai densitas yang diukur. Apakah ada, misalnya, beberapa logam murah yang ditambahkan di dalam emas batangan?
Sebagai aturan, zat dalam keadaan padat memiliki kerapatan yang lebih besar daripada dalam keadaan cair. Pengecualian untuk aturan ini adalah es dan air, yang terdiri dari molekul H 2 O. Massa jenis es adalah = 900 kg 3 , massa jenis air adalah = 1000 kg 3 . Massa jenis es lebih kecil daripada massa jenis air, yang menunjukkan pengemasan molekul yang kurang rapat (yaitu, jarak yang jauh di antara mereka) dalam wujud zat padat (es) daripada dalam wujud cair (air). Di masa depan, Anda akan bertemu dengan anomali (kelainan) lain yang sangat menarik dalam sifat-sifat air.
Kepadatan rata-rata Bumi adalah sekitar 5,5 g/cm 3 . Fakta ini dan fakta lain yang diketahui sains memungkinkan untuk menarik beberapa kesimpulan tentang struktur Bumi. Ketebalan rata-rata kerak bumi adalah sekitar 33 km. Kerak bumi sebagian besar terdiri dari tanah dan batuan. Massa jenis rata-rata kerak bumi adalah 2,7 g/cm3, dan massa jenis batuan yang terletak langsung di bawah kerak bumi adalah 3,3 g/cm3. Tetapi kedua nilai ini kurang dari 5,5 g/cm 3 , yaitu kurang dari kepadatan rata-rata Bumi. Dari sini dapat disimpulkan bahwa kerapatan materi yang terletak di kedalaman dunia lebih besar daripada kerapatan rata-rata Bumi. Para ilmuwan menyarankan bahwa di pusat Bumi kerapatan materi mencapai 11,5 g/cm 3 , yaitu mendekati kerapatan timbal.
Massa jenis rata-rata jaringan tubuh manusia adalah 1036 kg/m 3, massa jenis darah (at t\u003d 20 ° C) - 1050 kg / m 3.
Sebuah pohon memiliki kepadatan kayu yang rendah (2 kali lebih kecil dari gabus) balsa. Rakit, ikat pinggang dibuat darinya. Sebuah pohon tumbuh di Kuba eshinomena berambut berduri, kayu yang memiliki massa jenis 25 kali lebih kecil dari massa jenis air, yaitu 0,04 g / cm 3. Kepadatan kayu yang sangat tinggi pohon ular. Kayu tenggelam dalam air seperti batu.
Terakhir, legenda Archimedes.
Sudah selama masa hidup ilmuwan Yunani kuno yang terkenal Archimedes, legenda dibuat tentang dia, alasannya adalah penemuannya yang membuat kagum orang-orang sezamannya. Salah satu legenda mengatakan bahwa raja Syracusan Heron II meminta pemikir untuk menentukan apakah mahkotanya terbuat dari emas murni atau perhiasan dicampur sejumlah besar perak ke dalamnya. Tentu saja, mahkota seharusnya tetap utuh. Tidak sulit bagi Archimedes untuk menentukan massa mahkota. Jauh lebih sulit untuk mengukur volume mahkota secara akurat untuk menghitung kepadatan logam dari mana mahkota itu dilemparkan dan menentukan apakah itu emas murni. Kesulitannya adalah bentuknya yang salah!
Suatu ketika Archimedes, tenggelam dalam pikiran tentang mahkota, sedang mandi, di mana dia memiliki ide cemerlang. Volume mahkota dapat ditentukan dengan mengukur volume air yang dipindahkan olehnya (Anda sudah familiar dengan metode pengukuran volume benda yang bentuknya tidak beraturan). Setelah menentukan volume mahkota dan massanya, Archimedes menghitung kepadatan zat dari mana pembuat perhiasan membuat mahkota.
Menurut legenda, kerapatan bahan mahkota ternyata lebih kecil daripada kerapatan emas murni, dan penjual perhiasan yang tidak jujur ketahuan selingkuh.
Definisi
Kepadatan materi (densitas materi tubuh) disebut besaran fisis skalar, yang sama dengan rasio massa (dm) dari elemen kecil tubuh dengan volume satuannya (dV). Paling sering, kerapatan suatu zat dilambangkan dengan huruf Yunani. Jadi:
Jenis kepadatan materi
Menerapkan ekspresi (1) untuk menentukan kerapatan, seseorang berbicara tentang kerapatan benda pada suatu titik.
Kepadatan benda tergantung pada bahan benda dan keadaan termodinamikanya.
di mana m adalah massa tubuh, V adalah volume tubuh.
Jika benda tidak homogen, maka konsep kerapatan rata-rata kadang-kadang digunakan, yang dihitung sebagai:
di mana m adalah massa tubuh, V adalah volume tubuh. Dalam rekayasa, untuk benda yang tidak homogen (misalnya, granular), konsep kerapatan curah digunakan. Densitas curah dihitung dengan cara yang sama seperti (3). Volume ditentukan dengan memasukkan celah dalam jumlah besar dan material lepas (seperti: pasir, kerikil, biji-bijian, dll.).
Saat mempertimbangkan gas dalam kondisi normal, rumus berikut digunakan untuk menghitung densitas:
di mana adalah massa molar gas, adalah volume molar gas, yang dalam kondisi normal adalah 22,4 l/mol.
Satuan untuk mengukur massa jenis suatu zat
Sesuai dengan definisi, dapat ditulis bahwa satuan massa jenis dalam sistem SI adalah: \u003d kg / m 3
dalam CGS: \u003d g / (cm) 3
Dalam hal ini: 1 kg / m 3 \u003d (10) -3 g / (cm) 3.
Contoh pemecahan masalah
Contoh
Latihan. Berapa massa jenis air jika volume yang ditempati oleh satu molekul H2O kira-kira sama dengan m3? Pertimbangkan bahwa molekul-molekul dalam air tersusun rapat.
di mana m 0 adalah massa molekul air. Mari kita cari m 0 menggunakan relasi yang diketahui:
di mana N \u003d 1 adalah jumlah molekul (dalam kasus kami, satu molekul), m adalah massa jumlah molekul yang dipertimbangkan (dalam kasus kami, m \u003d m 0), N A \u003d 6,02 10 23 mol -1 adalah konstanta Avogadro, \u003d 18 10 - 3 kg/mol (karena berat molekul relatif air adalah M r =18). Oleh karena itu, menerapkan ekspresi (2) untuk menemukan massa satu molekul, kita memiliki:
Substitusikan m 0 ke dalam ekspresi (1), kita peroleh:
Mari kita hitung nilai yang diinginkan:
kg / m3
Menjawab. Massa jenis air adalah 10 3 kg/m 3 .
Contoh
Latihan. Berapa kerapatan kristal cesium klorida (CsCl) jika kristal memiliki kisi kristal kubik (Gbr. 1) di simpul yang ada ion klorin (Cl -), dan di tengahnya ada ion cesium (Cs + ). Pertimbangkan tepi kisi kristal sama dengan d = 0,41 nm.
Keputusan. Sebagai dasar untuk memecahkan masalah, kami mengambil ekspresi:
di mana m adalah massa zat (dalam kasus kami, ini adalah massa satu molekul - konstanta Avogadro, 
kg/mol adalah massa molar sesium klorida (karena berat molekul relatif sesium klorida adalah ). Ekspresi (2.1) untuk satu molekul mengambil bentuk.
Benda yang terbuat dari zat yang berbeda memiliki massa yang berbeda dengan volume yang sama. Misalnya, besi dengan volume 1 m 3 memiliki massa 7800 kg, dan timah dengan volume yang sama - 13000 kg.
Besaran fisika yang menunjukkan massa suatu zat dalam satuan volume (misalnya, dalam satu meter kubik atau dalam satu sentimeter kubik) disebut kepadatan zat.
Untuk mengetahui cara mencari massa jenis suatu zat, perhatikan contoh berikut. Diketahui sebuah es yang terapung dengan volume 2 m 3 memiliki massa 1800 kg. Maka 1 m 3 es akan memiliki massa yang 2 kali lebih kecil. Membagi 1800 kg dengan 2 m 3, kita mendapatkan 900 kg / m 3. Ini adalah kepadatan es.
Jadi, Untuk menentukan massa jenis suatu zat, Anda perlu membagi massa suatu benda dengan volumenya.: Tunjukkan jumlah yang termasuk dalam ekspresi ini dengan huruf:
m- massa tubuh, V- volume tubuh, ρ - kepadatan tubuh ( ρ -Huruf Yunani "ro").
Maka rumus untuk menghitung massa jenis dapat ditulis sebagai berikut: Satuan massa jenis dalam SI adalah kilogram per meter kubik(1 kg / m 3). Dalam praktiknya, massa jenis suatu zat juga dinyatakan dalam gram per sentimeter kubik (g/cm3). Untuk membangun hubungan antara unit-unit ini, kami memperhitungkan bahwa
1 g \u003d 0,001 kg, 1 cm 3 \u003d 0,000001 m 3.
Jadi 
Massa jenis zat yang sama dalam keadaan padat, cair dan gas berbeda. Misalnya, massa jenis air adalah 1000 kg / m 3, es - 900 kg / m 3, dan uap air (pada 0 0 C dan tekanan atmosfer normal) - 0,59 kg / m 3.
Tabel 3
Massa jenis beberapa padatan
Tabel 4
Kepadatan beberapa cairan
Tabel 5
Massa jenis beberapa gas
(Kerapatan benda yang ditunjukkan dalam tabel 3-5 dihitung pada tekanan atmosfer normal dan pada suhu untuk gas 0 0C, untuk cairan dan padatan pada 20 0C.)
1. Apa yang ditunjukkan oleh kepadatan? 2. Apa yang harus dilakukan untuk menentukan massa jenis suatu zat, mengetahui massa benda dan volumenya? 3. Satuan massa jenis apa yang kamu ketahui? Bagaimana mereka berhubungan satu sama lain? 4. Tiga kubus - terbuat dari marmer, es dan kuningan - memiliki volume yang sama. Manakah yang memiliki massa terbesar, mana yang terkecil? 5. Dua kubus - terbuat dari emas dan perak - memiliki massa yang sama. Mana yang lebih banyak volumenya? 6. Manakah dari silinder yang ditunjukkan pada Gambar 22 yang memiliki kerapatan lebih tinggi? 7. Massa masing-masing benda pada gambar 23 adalah 1 ton, manakah yang massa jenisnya lebih rendah?
