Štúdium hustoty látok sa začína na stredoškolskej fyzike. Tento koncept sa považuje za základný pri ďalšej prezentácii základov teórie molekulovej kinetiky v kurzoch fyziky a chémie. Účelom skúmania štruktúry hmoty, výskumných metód možno predpokladať, že formovanie vedeckých predstáv o svete.
Prvotné predstavy o jedinom obraze sveta dáva fyzika. 7. ročník študuje hustotu hmoty na základe najjednoduchších predstáv o metódach výskumu, praktickej aplikácii fyzikálnych pojmov a vzorcov.
Metódy fyzikálneho výskumu
Ako viete, medzi metódami štúdia prírodných javov sa rozlišuje pozorovanie a experiment. Pozorovanie prírodných javov sa vyučuje na základnej škole: robia sa jednoduché merania, často sa vedie „Kalendár prírody“. Tieto formy učenia môžu dieťa viesť k potrebe skúmať svet, porovnávať pozorované javy a identifikovať vzťahy príčin a následkov.
Až plne prevedený experiment však dá mladému bádateľovi nástroje na odhalenie tajomstiev prírody. Rozvoj experimentálnych, výskumných zručností sa uskutočňuje na praktických hodinách av priebehu laboratórnych prác.
Uskutočnenie experimentu na kurze fyziky začína definíciami takých fyzikálnych veličín, ako je dĺžka, plocha, objem. Zároveň sa vytvára spojenie medzi matematickými (pre dieťa dosť abstraktnými) a fyzikálnymi vedomosťami. Apelujte na skúsenosti dieťaťa, zohľadňovanie faktov, ktoré sú mu už dlho známe z vedeckého hľadiska, prispieva k formovaniu potrebnej kompetencie v ňom. Účelom tréningu je v tomto prípade túžba po samostatnom chápaní nového.
Štúdia hustoty
V súlade s problematickou vyučovacou metódou si na začiatku hodiny môžete položiť známu hádanku: „Čo je ťažšie: kilogram páperia alebo kilogram liatiny? Samozrejme, 11-12-ročné deti môžu ľahko odpovedať na otázku, ktorú poznajú. Ale apel na podstatu problému, možnosť odhaliť jeho osobitosť, vedie ku konceptu hustoty.
Hustota látky je hmotnosť jednotky jej objemu. Tabuľka, zvyčajne uvedená v učebniciach alebo referenčných knihách, vám umožňuje vyhodnotiť rozdiely medzi látkami, ako aj súhrnné stavy látky. Naznačenie rozdielu vo fyzikálnych vlastnostiach pevných látok, kvapalín a plynov, o ktorom sme už hovorili, vysvetlenie tohto rozdielu nielen v štruktúre a vzájomnom usporiadaní častíc, ale aj v matematickom vyjadrení charakteristík látky, má štúdium fyziky na inej úrovni.
Upevniť poznatky o fyzikálnom význame skúmaného pojmu umožňuje tabuľka hustoty látok. Dieťa, ktoré odpovedá na otázku: „Čo znamená hodnota hustoty určitej látky?“, Chápe, že ide o hmotnosť 1 cm 3 (alebo 1 m 3) látky.
Už v tejto fáze možno nastoliť otázku jednotiek hustoty. Je potrebné zvážiť spôsoby prevodu jednotiek merania v rôznych referenčných systémoch. To umožňuje zbaviť sa statického myslenia, akceptovať iné systémy kalkulu v iných záležitostiach.
Stanovenie hustoty
Prirodzene, štúdium fyziky nemôže byť úplné bez riešenia problémov. V tejto fáze sa zadávajú výpočtové vzorce. vo fyzike 7. ročníka asi prvý fyzikálny pomer veličín pre deti. Venuje sa jej osobitná pozornosť nielen z dôvodu štúdia pojmov hustoty, ale aj z dôvodu vyučovacích metód na riešenie problémov.
V tomto štádiu je položený algoritmus na riešenie fyzického výpočtového problému, ideológia aplikácie základných vzorcov, definícií a vzorov. Učiteľ sa snaží naučiť analýzu problému, metódu hľadania neznámeho, zvláštnosti používania jednotiek merania pomocou takého vzťahu, ako je vzorec hustoty vo fyzike.
Príklad riešenia problému
Príklad 1
Určte, z akej látky je vyrobená kocka s hmotnosťou 540 g a objemom 0,2 dm 3 .
ρ-? m \u003d 540 g, V \u003d 0,2 dm 3 \u003d 200 cm 3
Analýza
Na základe otázky problému sme pochopili, že tabuľka hustôt pevných látok nám pomôže určiť materiál, z ktorého je kocka vyrobená.
Preto definujeme hustotu hmoty. V tabuľkách je táto hodnota uvedená v g / cm 3, takže objem z dm 3 je prepočítaný na cm 3.
rozhodnutie
Podľa definície: ρ = m: V.
Máme dané: objem, hmotnosť. Hustotu látky možno vypočítať:
ρ \u003d 540 g: 200 cm 3 \u003d 2,7 g / cm 3, čo zodpovedá hliníku.
Odpoveď: Kocka je vyrobená z hliníka.
Definícia iných veličín
Použitie vzorca na výpočet hustoty umožňuje určiť ďalšie fyzikálne veličiny. Hmotnosť, objem, lineárne rozmery telies spojených s objemom sú ľahko vypočítateľné v úlohách. V úlohách sa využíva znalosť matematických vzorcov na určenie plochy a objemu geometrických útvarov, čo umožňuje vysvetliť potrebu štúdia matematiky.
Príklad 2
Určte hrúbku medenej vrstvy, ktorá pokrýva časť s povrchom 500 cm2, ak je známe, že na povlak bolo použitých 5 g medi.
h-? S \u003d 500 cm 2, m \u003d 5 g, ρ \u003d 8,92 g / cm 3.
Analýza
Tabuľka hustoty látok vám umožňuje určiť hustotu medi.
Použime vzorec na výpočet hustoty. V tomto vzorci je objem látky, na základe ktorého možno určiť lineárne rozmery.
rozhodnutie
Podľa definície: ρ = m: V, ale tento vzorec neobsahuje požadovanú hodnotu, takže používame:
Dosadením do hlavného vzorca dostaneme: ρ = m: Sh, odkiaľ:
Vypočítajme: h \u003d 5 g: (500 cm 2 x 8,92 g / cm 3) \u003d 0,0011 cm \u003d 11 mikrónov.
Odpoveď: hrúbka medenej vrstvy je 11 µm.
Experimentálne stanovenie hustoty
Experimentálny charakter fyzikálnych vied sa demonštruje v priebehu laboratórnych experimentov. V tejto fáze sa získavajú zručnosti na vykonávanie experimentu a vysvetľovanie jeho výsledkov.
Praktická úloha na určenie hustoty látky zahŕňa:
- Stanovenie hustoty kvapaliny. V tejto fáze môžu chlapci, ktorí už predtým používali odmerný valec, ľahko určiť hustotu kvapaliny pomocou vzorca.
- Stanovenie hustoty látky pevného telesa pravidelného tvaru. Táto úloha je tiež nepochybná, pretože podobné výpočtové problémy už boli zvážené a boli získané skúsenosti s meraním objemov pomocou lineárnych rozmerov telies.
- Stanovenie hustoty nepravidelného pevného telesa. Pri vykonávaní tejto úlohy používame metódu stanovenia objemu nepravidelne tvarovaného telesa pomocou kadičky. Je užitočné ešte raz pripomenúť vlastnosti tejto metódy: schopnosť pevného telesa vytlačiť kvapalinu, ktorej objem sa rovná objemu telesa. Ďalej je úloha vyriešená štandardným spôsobom.
Úlohy so zvýšenou zložitosťou
Úlohu môžete skomplikovať tým, že pozvete deti, aby určili látku, z ktorej je telo vyrobené. Tabuľka hustoty látok použitých v tomto prípade vám umožňuje venovať pozornosť potrebe vedieť pracovať s referenčnými informáciami.
Pri riešení experimentálnych úloh sa od študentov vyžaduje potrebné množstvo vedomostí z oblasti používania a prevodu jednotiek merania. Často práve to spôsobuje najväčší počet chýb a nedostatkov. Možno by sa tejto fáze štúdia fyziky malo venovať viac času, umožňuje vám porovnávať znalosti a skúsenosti zo štúdia.
Objemová hmotnosť
Štúdium čistej látky je, samozrejme, zaujímavé, ale ako často sa čisté látky nachádzajú? V každodennom živote sa stretávame so zmesami a zliatinami. Ako byť v tomto prípade? Koncept objemovej hmotnosti nedovolí študentom urobiť typickú chybu a použiť priemerné hodnoty hustoty látok.
Je mimoriadne potrebné objasniť tento problém, dať príležitosť vidieť, cítiť rozdiel medzi hustotou látky a objemovou hmotnosťou je v ranom štádiu. Pochopenie tohto rozdielu je nevyhnutné pri ďalšom štúdiu fyziky.
Tento rozdiel je v prípade mimoriadne zaujímavý.Je možné umožniť dieťaťu študovať objemovú hmotnosť v závislosti od zhutnenia materiálu, veľkosti jednotlivých častíc (štrk, piesok a pod.) pri počiatočnej výskumnej činnosti.
Relatívna hustota látok
Porovnanie vlastností rôznych látok je celkom zaujímavé na základe relatívnej hustoty látky - jednej z týchto veličín.
Zvyčajne sa relatívna hustota látky určuje vo vzťahu k destilovanej vode. Ako pomer hustoty danej látky k hustote štandardu sa táto hodnota určí pomocou pyknometra. Ale tieto informácie sa nepoužívajú v školskom kurze prírodných vied, sú zaujímavé pre hlboké štúdium (najčastejšie nepovinné).
Úroveň olympiády v štúdiu fyziky a chémie môže byť ovplyvnená aj konceptom „relatívnej hustoty látky vzhľadom na vodík“. Zvyčajne sa aplikuje na plyny. Na určenie relatívnej hustoty plynu nie je vylúčený pomer molárnej hmotnosti skúšobného plynu k použitiu.
Na váhy dáme železné a hliníkové valce rovnakého objemu (obr. 122). Rovnováha váh je narušená. prečo?
Ryža. 122
V laboratórnej práci ste merali telesnú hmotnosť porovnaním hmotnosti kettlebellov s telesnou hmotnosťou. Keď boli závažia v rovnováhe, tieto hmotnosti boli rovnaké. Nerovnováha znamená, že hmotnosti tiel nie sú rovnaké. Hmotnosť železného valca je väčšia ako hmotnosť hliníkového valca. Ale objemy valcov sú rovnaké. To znamená, že jednotkový objem (1 cm 3 alebo 1 m 3) železa má väčšiu hmotnosť ako hliník.
Hmotnosť látky obsiahnutá v jednotke objemu sa nazýva hustota látky. Ak chcete zistiť hustotu, musíte rozdeliť hmotnosť látky jej objemom. Hustota sa označuje gréckym písmenom ρ (rho). Potom
hustota = hmotnosť/objem
p = m/V.
Jednotkou hustoty SI je 1 kg/m3. Hustoty rôznych látok boli stanovené experimentálne a sú uvedené v tabuľke 1. Obrázok 123 zobrazuje hmotnosti látok, ktoré sú vám známe, v objeme V = 1 m 3 .
Ryža. 123
Hustota pevných, kvapalných a plynných látok
(pri normálnom atmosférickom tlaku)
Ako pochopiť, že hustota vody ρ \u003d 1 000 kg / m 3? Odpoveď na túto otázku vyplýva zo vzorca. Hmotnosť vody v objeme V \u003d 1 m 3 sa rovná m \u003d 1 000 kg.
Zo vzorca hustoty, hmotnosť látky
m = ρV.
Z dvoch telies rovnakého objemu má väčšiu hmotnosť teleso s väčšou hustotou hmoty.
Pri porovnaní hustoty železa ρ w = 7800 kg / m 3 a hliníka ρ al = 2 700 kg / m 3 pochopíme, prečo sa v experimente (pozri obr. 122) ukázala hmotnosť železného valca väčšia ako hmotnosť hliníkového valca rovnakého objemu.
Ak sa objem telesa meria v cm 3, potom na určenie hmotnosti telesa je vhodné použiť hodnotu hustoty ρ, vyjadrenú v g / cm 3.
Pre homogénne telesá, t.j. pre telesá pozostávajúce z jednej látky, sa používa vzorec hustoty látky ρ = m/V. Ide o telesá, ktoré nemajú vzduchové dutiny alebo neobsahujú nečistoty iných látok. Čistota látky sa posudzuje podľa hodnoty nameranej hustoty. Je napríklad do zlatej tehličky pridaný nejaký lacný kov?
Zamyslite sa a odpovedzte
- Ako by sa zmenila rovnováha rovnováhy (pozri obr. 122), keby sa namiesto železného valca na pohár položil drevený valec rovnakého objemu?
- Čo je hustota?
- Závisí hustota látky od jej objemu? Z masy?
- V akých jednotkách sa meria hustota?
- Ako prejsť od jednotky hustoty g/cm 3 k jednotke hustoty kg/m 3?
Zaujímavé vedieť!
Látka v tuhom skupenstve má spravidla väčšiu hustotu ako v kvapalnom skupenstve. Výnimkou z tohto pravidla sú ľad a voda, pozostávajúce z molekúl H 2 O. Hustota ľadu je ρ = 900 kg / m 3, hustota vody? \u003d 1000 kg/m 3. Hustota ľadu je menšia ako hustota vody, čo naznačuje menšiu hustotu molekúl (t. j. veľké vzdialenosti medzi nimi) v pevnom skupenstve hmoty (ľad) ako v kvapalnom skupenstve (voda). V budúcnosti sa stretnete s ďalšími veľmi zaujímavými anomáliami (abnormálami) vlastností vody.
Priemerná hustota Zeme je približne 5,5 g/cm 3 . Toto a ďalšie fakty známe vede umožnili vyvodiť niektoré závery o štruktúre Zeme. Priemerná hrúbka zemskej kôry je asi 33 km. Zemská kôra sa skladá hlavne z pôdy a hornín. Priemerná hustota zemskej kôry je 2,7 g / cm 3 a hustota hornín ležiacich priamo pod zemskou kôrou je 3,3 g / cm 3. Obe tieto hodnoty sú však menšie ako 5,5 g/cm 3 , teda menej ako priemerná hustota Zeme. Z toho vyplýva, že hustota hmoty nachádzajúcej sa v hlbinách zemegule je väčšia ako priemerná hustota Zeme. Vedci predpokladajú, že v strede Zeme hustota hmoty dosahuje 11,5 g/cm 3 , t.j. približuje sa hustote olova.
Priemerná hustota tkanív ľudského tela je 1036 kg / m3, hustota krvi (pri t = 20 ° C) je 1050 kg / m3.
Balzové drevo má nízku hustotu dreva (2 krát menšiu ako korok). Vyrábajú sa z neho plte, záchranné pásy. Na Kube rastie ostnatosrstý strom echinomena, ktorého drevo má hustotu 25-krát menšiu ako hustota vody, t.j. ρ = 0,04 g / cm 3 . Hadí strom má veľmi vysokú hustotu dreva. Drevo sa ponára do vody ako kameň.
Urobte si to sami doma
Zmerajte hustotu mydla. Na tento účel použite obdĺžnikové mydlo. Porovnajte hodnotu hustoty, ktorú ste namerali, s hodnotami, ktoré získali vaši spolužiaci. Sú získané hodnoty hustoty rovnaké? prečo?
Zaujímavé vedieť
Už za života slávneho starogréckeho vedca Archimeda (obr. 124) sa o ňom skladali legendy, ktorých dôvodom boli jeho vynálezy, ktoré udivovali jeho súčasníkov. Jedna z legiend hovorí, že syrakuský kráľ Heron II. požiadal mysliteľa, aby určil, či je jeho koruna vyrobená z čistého zlata, alebo do nej klenotník primiešal značné množstvo striebra. Samozrejme, koruna mala zostať neporušená. Pre Archimeda nebolo ťažké určiť hmotnosť koruny. Oveľa náročnejšie bolo presne zmerať objem koruny, aby bolo možné vypočítať hustotu kovu, z ktorého bola odliata, a určiť, či ide o čisté zlato. Problém bol v tom, že mal nesprávny tvar!
Ryža. 124
Raz sa Archimedes, ponorený do myšlienok o korune, kúpal vo vani, kde dostal skvelý nápad. Objem korunky možno určiť meraním objemu ňou vytlačenej vody (tento spôsob merania objemu nepravidelne tvarovaného telesa poznáte). Po určení objemu koruny a jej hmotnosti Archimedes vypočítal hustotu látky, z ktorej klenotník vyrobil korunu.
Podľa legendy sa hustota materiálu koruny ukázala byť menšia ako hustota čistého zlata a nepoctivý klenotník bol prichytený pri podvode.
Cvičenia
- Hustota medi je ρ m = 8,9 g / cm 3 a hustota hliníka je ρ al = 2700 kg / m 3. Ktorá látka je hustejšia a o koľko?
- Určte hmotnosť betónovej dosky, ktorej objem je V = 3,0 m 3 .
- Z akej látky je vyrobená guľa s objemom V = 10 cm 3, ak jej hmotnosť je m = 71 g?
- Určte hmotnosť okennej tabule, ktorej dĺžka a = 1,5 m, výška b = 80 cm a hrúbka c = 5,0 mm.
- Celková hmotnosť N = 7 rovnakých plechov strešnej krytiny m = 490 kg. Veľkosť každého plechu je 1 x 1,5 m. Určte hrúbku plechu.
- Oceľové a hliníkové valce majú rovnaké plochy prierezu a hmotnosti. Ktorý z valcov má väčšiu výšku a o koľko?
Na váhu položíme železné a hliníkové valce rovnakého objemu. Rovnováha váh je narušená. prečo?
Nerovnováha znamená, že hmotnosti tiel nie sú rovnaké. Hmotnosť železného valca je väčšia ako hmotnosť hliníkového valca. Ale objemy valcov sú rovnaké. To znamená, že jednotkový objem (1 cm 3 alebo 1 m 3) železa má väčšiu hmotnosť ako hliník.
Hmotnosť látky obsiahnutej v jednotke objemu sa nazýva hustota hmoty.
Ak chcete zistiť hustotu, musíte rozdeliť hmotnosť látky jej objemom. Hustota sa označuje gréckym písmenom ρ (ro). Potom
hustota = hmotnosť / objem,
ρ = m/V .
Jednotkou hustoty SI je 1 kg/m3. Hustoty rôznych látok sa stanovujú experimentálne a sú uvedené v tabuľke:
| Látka | ρ, kg / m 3 | ρ, g/cm 3 |
|---|---|---|
| Látka v pevnom stave pri 20 °C | ||
| Osmium | 22600 | 22,6 |
| Iridium | 22400 | 22,4 |
| Platina | 21500 | 21,5 |
| Zlato | 19300 | 19,3 |
| Viesť | 11300 | 11,3 |
| Strieborná | 10500 | 10,5 |
| Meď | 8900 | 8,9 |
| Mosadz | 8500 | 8,5 |
| Oceľ, železo | 7800 | 7,8 |
| Cín | 7300 | 7,3 |
| Zinok | 7100 | 7,1 |
| Liatina | 7000 | 7,0 |
| korund | 4000 | 4,0 |
| hliník | 2700 | 2,7 |
| Mramor | 2700 | 2,7 |
| Okenné sklo | 2500 | 2,5 |
| Porcelán | 2300 | 2,3 |
| Betón | 2300 | 2,3 |
| Soľ | 2200 | 2,2 |
| Tehla | 1800 | 1,8 |
| plexisklo | 1200 | 1,2 |
| Kapron | 1100 | 1,1 |
| Polyetylén | 920 | 0,92 |
| Parafín | 900 | 0,90 |
| Ľad | 900 | 0,90 |
| Dub (suchý) | 700 | 0,70 |
| Borovica (suchá) | 400 | 0,40 |
| Cork | 240 | 0,24 |
| Kvapalina pri 20 °C | ||
| Merkúr | 13600 | 13,60 |
| Kyselina sírová | 1800 | 1,80 |
| Glycerol | 1200 | 1,20 |
| morská voda | 1030 | 1,03 |
| Voda | 1000 | 1,00 |
| Slnečnicový olej | 930 | 0,93 |
| Strojový olej | 900 | 0,90 |
| Petrolej | 800 | 0,80 |
| Alkohol | 800 | 0,80 |
| Olej | 800 | 0,80 |
| Acetón | 790 | 0,79 |
| Éter | 710 | 0,71 |
| Benzín | 710 | 0,71 |
| Tekutý cín (at t= 400 °C) | 6800 | 6,80 |
| Kvapalný vzduch (at t= -194 °C) | 860 | 0,86 |
| Plyn pri 0 °C | ||
| Chlór | 3,210 | 0,00321 |
| Oxid uhoľnatý (IV) (oxid uhličitý) | 1,980 | 0,00198 |
| Kyslík | 1,430 | 0,00143 |
| Vzduch | 1,290 | 0,00129 |
| Dusík | 1,250 | 0,00125 |
| Oxid uhoľnatý (II) (oxid uhoľnatý) | 1,250 | 0,00125 |
| Zemný plyn | 0,800 | 0,0008 |
| Vodná para (at t= 100 °C) | 0,590 | 0,00059 |
| hélium | 0,180 | 0,00018 |
| Vodík | 0,090 | 0,00009 |
Ako pochopiť, že hustota vody ρ \u003d 1 000 kg / m 3? Odpoveď na túto otázku vyplýva zo vzorca. Objem vody V\u003d 1 m 3 sa rovná m= 1000 kg.
Zo vzorca hustoty, hmotnosť látky
m = ρ V.
Z dvoch telies rovnakého objemu má väčšiu hmotnosť teleso s väčšou hustotou hmoty.
Pri porovnaní hustoty železa ρ w = 7800 kg/m 3 a hliníka ρ al = 2 700 kg/m 3 pochopíme, prečo sa v experimente ukázalo, že hmotnosť železného valca je väčšia ako hmotnosť hliníkového valca rovnaký objem.
Ak sa objem telesa meria v cm 3, potom na určenie hmotnosti telesa je vhodné použiť hodnotu hustoty ρ, vyjadrenú v g / cm 3.
Preložme si napríklad hustotu vody z kg / m 3 na g / cm 3:
ρ v \u003d 1 000 kg / m 3 \u003d 1 000 \ ( \ frac (1 000 ~ g) (1 000 000 ~ cm ^ (3)) \) \u003d 1 g / cm 3.
Takže číselná hodnota hustoty akejkoľvek látky, vyjadrená v g / cm 3, je 1000-krát menšia ako jej číselná hodnota vyjadrená v kg / m 3.
Vzorec hustoty hmoty ρ = m/V používa sa pre homogénne telesá, teda pre telesá pozostávajúce z jednej látky. Ide o telesá, ktoré nemajú vzduchové dutiny alebo neobsahujú nečistoty iných látok. Čistota látky sa posudzuje podľa hodnoty nameranej hustoty. Je napríklad do zlatej tehličky pridaný nejaký lacný kov?
Látka v tuhom skupenstve má spravidla väčšiu hustotu ako v kvapalnom skupenstve. Výnimkou z tohto pravidla sú ľad a voda, pozostávajúce z molekúl H 2 O. Hustota ľadu je ρ = 900 kg 3, hustota vody je ρ = 1000 kg 3 . Hustota ľadu je menšia ako hustota vody, čo naznačuje menšiu hustotu molekúl (t. j. veľké vzdialenosti medzi nimi) v pevnom skupenstve hmoty (ľad) ako v kvapalnom skupenstve (voda). V budúcnosti sa stretnete s ďalšími veľmi zaujímavými anomáliami (abnormálami) vlastností vody.
Priemerná hustota Zeme je približne 5,5 g/cm 3 . Toto a ďalšie fakty známe vede umožnili vyvodiť niektoré závery o štruktúre Zeme. Priemerná hrúbka zemskej kôry je asi 33 km. Zemská kôra sa skladá hlavne z pôdy a hornín. Priemerná hustota zemskej kôry je 2,7 g / cm 3 a hustota hornín ležiacich priamo pod zemskou kôrou je 3,3 g / cm 3. Obe tieto hodnoty sú však menšie ako 5,5 g/cm 3 , teda menej ako priemerná hustota Zeme. Z toho vyplýva, že hustota hmoty nachádzajúcej sa v hlbinách zemegule je väčšia ako priemerná hustota Zeme. Vedci predpokladajú, že v strede Zeme hustota hmoty dosahuje 11,5 g/cm 3 , t.j. približuje sa hustote olova.
Priemerná hustota tkanív ľudského tela je 1036 kg / m 3, hustota krvi (at t\u003d 20 ° C) - 1050 kg / m 3.
Strom má nízku hustotu dreva (2 krát menej ako korok) balza. Vyrábajú sa z neho plte, záchranné pásy. Na Kube rastie strom eshinomena ostnatá, ktorého drevo má hustotu 25-krát menšiu ako hustota vody, t.j. ρ ≈ 0,04 g / cm3. Veľmi vysoká hustota dreva hadí strom. Drevo sa ponára do vody ako kameň.
Nakoniec legenda o Archimedesovi.
Už za života slávneho starogréckeho vedca Archimeda sa o ňom robili legendy, ktorých dôvodom boli jeho vynálezy, ktoré udivovali jeho súčasníkov. Jedna z legiend hovorí, že syrakuský kráľ Heron II. požiadal mysliteľa, aby určil, či je jeho koruna vyrobená z čistého zlata, alebo do nej klenotník primiešal značné množstvo striebra. Samozrejme, koruna mala zostať neporušená. Pre Archimeda nebolo ťažké určiť hmotnosť koruny. Oveľa náročnejšie bolo presne zmerať objem koruny, aby bolo možné vypočítať hustotu kovu, z ktorého bola odliata, a určiť, či ide o čisté zlato. Problém bol v tom, že mal nesprávny tvar!
Raz sa Archimedes, ponorený do myšlienok o korune, kúpal vo vani, kde dostal skvelý nápad. Objem korunky možno určiť meraním objemu ňou vytlačenej vody (tento spôsob merania objemu nepravidelne tvarovaného telesa poznáte). Po určení objemu koruny a jej hmotnosti Archimedes vypočítal hustotu látky, z ktorej klenotník vyrobil korunu.
Podľa legendy sa hustota materiálu koruny ukázala byť menšia ako hustota čistého zlata a nepoctivý klenotník bol prichytený pri podvode.
Definícia
Hustota hmoty (hustota hmoty tela) nazývaná skalárna fyzikálna veličina, ktorá sa rovná pomeru hmotnosti (dm) malého prvku telesa k jeho jednotkovému objemu (dV). Najčastejšie sa hustota látky označuje gréckym písmenom. Takže:
Typy hustoty hmoty
Použitím výrazu (1) na určenie hustoty sa hovorí o hustote telesa v bode.
Hustota telesa závisí od materiálu telesa a jeho termodynamického stavu.
kde m je hmotnosť telesa, V je objem telesa.
Ak je telo nehomogénne, potom sa niekedy používa koncept priemernej hustoty, ktorý sa vypočíta ako:
kde m je hmotnosť telesa, V je objem telesa. V strojárstve sa pre nehomogénne (napríklad zrnité) telesá používa pojem objemová hmotnosť. Objemová hmotnosť sa vypočíta rovnakým spôsobom ako (3). Objem je určený zahrnutím medzier v sypkých a sypkých materiáloch (ako sú: piesok, štrk, obilie atď.).
Pri posudzovaní plynov za normálnych podmienok sa na výpočet hustoty používa nasledujúci vzorec:
kde je molárna hmotnosť plynu, je molárny objem plynu, ktorý je za normálnych podmienok 22,4 l/mol.
Jednotky na meranie hustoty látky
V súlade s definíciou možno napísať, že jednotky hustoty v systéme SI sú: \u003d kg / m 3
v CGS: \u003d g / (cm) 3
V tomto prípade: 1 kg / m 3 \u003d (10) -3 g / (cm) 3.
Príklady riešenia problémov
Príklad
Cvičenie. Aká je hustota vody, ak objem, ktorý zaberá jedna molekula H 2 O, je približne rovný m 3? Zvážte, že molekuly vo vode sú tesne zbalené.
kde m 0 je hmotnosť molekuly vody. Nájdite m 0 pomocou známeho vzťahu:
kde N \u003d 1 je počet molekúl (v našom prípade jedna molekula), m je hmotnosť uvažovaného počtu molekúl (v našom prípade m \u003d m 0), N A \u003d 6,02 10 23 mol -1 je Avogadrova konštanta, \u003d 18 10 - 3 kg/mol (keďže relatívna molekulová hmotnosť vody je M r = 18). Preto použitím výrazu (2) na nájdenie hmotnosti jednej molekuly máme:
Dosaďte m 0 do výrazu (1), dostaneme:
Vypočítajme požadovanú hodnotu:
kg/m3
Odpoveď. Hustota vody je 10 3 kg/m 3 .
Príklad
Cvičenie. Aká je hustota kryštálov chloridu cézneho (CsCl), ak majú kryštály kubickú kryštálovú mriežku (obr. 1), v ktorej vrcholoch sú ióny chlóru (Cl -), a v strede cézny ión (Cs + ). Uvažujme okraj kryštálovej mriežky rovný d=0,41 nm.
rozhodnutie. Ako základ pre riešenie problému berieme výraz:
kde m je hmotnosť látky (v našom prípade je to hmotnosť jednej molekuly - Avogadrovej konštanty, 
kg/mol je molárna hmotnosť chloridu cézneho (pretože relatívna molekulová hmotnosť chloridu cézneho je ). Expresia (2.1) pre jednu molekulu má formu.
Telesá vyrobené z rôznych látok majú rôzne hmotnosti s rovnakým objemom. Napríklad železo s objemom 1 m 3 má hmotnosť 7800 kg a olovo rovnakého objemu - 13000 kg.
Fyzikálna veličina ukazujúca, aká je hmotnosť látky v jednotke objemu (t.j. napríklad v jednom kubickom metre alebo v jednom kubickom centimetri), sa nazýva hustota látok.
Ak chcete zistiť, ako zistiť hustotu danej látky, zvážte nasledujúci príklad. Je známe, že ľadová kryha s objemom 2 m 3 má hmotnosť 1800 kg. Potom bude mať 1 m 3 ľadu hmotnosť, ktorá je 2-krát menšia. Vydelením 1800 kg 2 m 3 dostaneme 900 kg / m 3. Toto je hustota ľadu.
takze Ak chcete určiť hustotu látky, musíte vydeliť hmotnosť objektu jeho objemom.: Označte množstvá zahrnuté v tomto výraze písmenami:
m- telesná hmotnosť, V- objem tela, ρ - hustota tela ( ρ -Grécke písmeno "ro").
Potom vzorec na výpočet hustoty môžeme zapísať takto: Jednotkou hustoty v SI je kilogram na meter kubický(1 kg/m3). V praxi sa hustota látky vyjadruje aj v gramoch na centimeter kubický (g / cm 3). Aby sme vytvorili vzťah medzi týmito jednotkami, berieme to do úvahy
1 g \u003d 0,001 kg, 1 cm3 \u003d 0,000001 m3.
Takže 
Hustota tej istej látky v pevnom, kvapalnom a plynnom stave je odlišná. Napríklad hustota vody je 1 000 kg / m 3, ľadu - 900 kg / m 3 a vodnej pary (pri 0 0 C a normálnom atmosférickom tlaku) - 0,59 kg / m 3.
Tabuľka 3
Hustoty niektorých pevných látok
Tabuľka 4
Hustoty niektorých kvapalín
Tabuľka 5
Hustoty niektorých plynov
(Hustoty telies uvedené v tabuľkách 3-5 sú vypočítané pri normálnom atmosférickom tlaku a teplote 0 °C pre plyny, pre kvapaliny a tuhé látky pri 20 °C.)
1. Čo ukazuje hustota? 2. Čo treba urobiť na určenie hustoty látky, ak poznáme hmotnosť telesa a jeho objem? 3. Aké jednotky hustoty poznáte? Ako spolu súvisia? 4. Tri kocky - vyrobené z mramoru, ľadu a mosadze - majú rovnaký objem. Ktorá z nich má najväčšiu hmotnosť a ktorá najmenšiu? 5. Dve kocky - zo zlata a striebra - majú rovnakú hmotnosť. Ktorá má väčší objem? 6. Ktorý z valcov znázornených na obrázku 22 má vyššiu hustotu? 7. Hmotnosť každého z telies znázornených na obrázku 23 je 1 tona Ktoré z nich má nižšiu hustotu?
