De ce trebuie să cunoașteți densitatea materialelor. Densitatea substanței: formulă, calcul

DEFINIȚIE

Greutate este o mărime fizică scalară care caracterizează proprietățile inerțiale și gravitaționale ale corpurilor.

Orice corp „rezistă” încercării de a-l schimba. Această proprietate a corpurilor se numește inerție. Deci, de exemplu, șoferul nu poate opri instantaneu mașina când vede un pieton care sare brusc pe drum în fața lui. Din același motiv, este dificil să clintiți un dulap sau o canapea. Cu același impact din partea corpurilor din jur, un corp își poate schimba rapid viteza, iar celălalt, în aceleași condiții, mult mai lent. Se spune că al doilea corp este mai inert sau are mai multă masă.

Astfel, măsura inerției unui corp este masa sa inerțială. Dacă două corpuri interacționează între ele, atunci, ca rezultat, viteza ambelor corpuri se schimbă, adică. în procesul de interacţiune ambele corpuri dobândesc .

Raportul modulelor de accelerație ale corpurilor care interacționează este egal cu raportul invers al maselor lor:

Măsura interacțiunii gravitaționale este masa gravitațională.

S-a stabilit experimental că masele inerțiale și gravitaționale sunt proporționale între ele. Alegând un coeficient de proporționalitate egal cu unu, se vorbește de egalitatea maselor inerțiale și gravitaționale.

În sistemul SI unitatea de masă este kg.

Masa are următoarele proprietăți:

1. masa este întotdeauna pozitivă;
2. masa unui sistem de corpuri este întotdeauna egală cu suma maselor fiecăruia dintre corpurile incluse în sistem (proprietatea aditivității);
3. în cadrul masei nu depinde de natura și viteza corpului (proprietatea de invarianță);
4. masa unui sistem închis este conservată pentru orice interacțiuni ale corpurilor sistemului între ele (legea conservării masei).

Densitatea substanței

Densitatea unui corp este masa pe unitatea de volum:

unitate de măsură densitatea în sistemul SI kg/m .

Substanțe diferite au densități diferite. Densitatea unei substanțe depinde de masa atomilor din care este compusă și de densitatea de împachetare a atomilor și moleculelor din substanță. Cu cât masa atomilor este mai mare, cu atât densitatea materiei este mai mare. În diferite stări de agregare, densitatea de ambalare a atomilor unei substanțe este diferită. În solide, atomii sunt împachetati foarte dens, astfel încât substanțele în stare solidă au cea mai mare densitate. În stare lichidă, densitatea unei substanțe diferă nesemnificativ de densitatea ei în stare solidă, deoarece densitatea de împachetare a atomilor este încă mare. În gaze, moleculele sunt slab legate între ele și se îndepărtează unele de altele pe distanțe mari, densitatea de împachetare a atomilor în stare gazoasă este foarte scăzută, prin urmare, în această stare, substanțele au cea mai mică densitate.

Pe baza datelor observațiilor astronomice, am determinat densitatea medie a materiei din Univers, rezultatele calculelor indică faptul că, în medie, spațiul cosmic este extrem de rarefiat. Dacă „untem” materie pe întregul volum al galaxiei noastre, atunci densitatea medie a materiei din ea va fi de aproximativ 0,000,000,000,000,000,000,000,000,000 5 g/cm 3 . Densitatea medie a materiei din univers este de aproximativ șase atomi pe metru cub.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

EXEMPLUL 3

Corpurile din jurul nostru sunt formate din diverse substanțe: fier, lemn, cauciuc, etc. Masa oricărui corp depinde nu numai de mărimea sa, ci și de substanța din care constă. Corpurile de același volum, formate din substanțe diferite, au mase diferite. De exemplu, cântărind doi cilindri de substanțe diferite - aluminiu și plumb, vom vedea că masa aluminiului este mai mică decât masa unui cilindru de plumb.

În același timp, corpurile cu aceleași mase, formate din substanțe diferite, au volume diferite. Deci, o bară de fier cu o masă de 1 t ocupă un volum de 0,13 m 3, iar gheața cu o masă de 1 t - un volum de 1,1 m 3. Volumul gheții este de aproape 9 ori mai mare decât volumul unei bare de fier. Adică diferite substanțe pot avea densități diferite.

Rezultă că corpurile cu același volum, formate din substanțe diferite, au mase diferite.

Densitatea arată care este masa unei substanțe luate într-un anumit volum. Adică, dacă se cunosc masa corpului și volumul acestuia, se poate determina densitatea. Pentru a afla densitatea unei substanțe, este necesar să împărțim masa corpului la volumul său.

Densitatea aceleiași substanțe în stare solidă, lichidă și gazoasă este diferită.

Densitatea unor solide, lichide și gaze este dată în tabele.

Densitățile unor solide (la presiune atm. normală, t = 20 ° C).

Densitățile unor lichide (la norm. atm. presiune t =20 ° C).

Densitate este o mărime fizică caracterizatoare proprietăți fizice substanță, care este egală cu raportul dintre masa corpului și volumul ocupat de acest corp.

Densitatea (densitatea unui corp omogen sau densitatea medie a unui corp neomogen) poate fi calculată folosind formula:

[ρ] = kg/m³; [m] = kg; [V] = m³.

Unde m- masa corpului, V- volumul acestuia; formula este doar o definiție matematică a termenului „densitate”.

Toate substanțele sunt formate din molecule, prin urmare masa oricărui corp este formată din masele moleculelor sale. Acest lucru este similar cu modul în care se adună masa unei pungi de bomboane din masele tuturor bomboanelor din pungă. Dacă toate bomboanele sunt la fel, atunci masa pungii cu bomboane ar putea fi determinată prin înmulțirea masei unei bomboane cu numărul de bomboane din pungă.

Moleculele unei substanțe pure sunt aceleași. Prin urmare, masa unei picături de apă este egală cu produsul dintre masa unei molecule de apă și numărul de molecule din picătură.

Densitatea unei substanțe arată cu ce este egală masa de 1 m³ a acestei substanțe.

Densitatea apei este de 1000 kg/m³, ceea ce înseamnă că masa a 1 m³ de apă este de 1000 kg. Acest număr poate fi obținut prin înmulțirea masei unei molecule de apă cu numărul de molecule conținute în 1 m³ din volumul acesteia.
Densitatea gheții este de 900 kg/m³, ceea ce înseamnă că masa a 1 m³ de gheață este de 900 kg.
Uneori se folosește unitatea de densitate g/cm³, așa că putem spune și asta masa a 1 cm³ de gheață este de 0,9 g.

Fiecare substanță ocupă un anumit volum. Și se poate dovedi că volumele a două corpuri sunt egale iar masele lor sunt diferite. În acest caz, ei spun că densitățile acestor substanțe sunt diferite.

De asemenea cu mase egale a doua corpuri volumele lor vor fi diferite. De exemplu, volumul gheții este de aproape 9 ori mai mare decât volumul unei bare de fier.

Densitatea unei substanțe depinde de temperatura acesteia.

Pe măsură ce temperatura crește, densitatea scade de obicei. Acest lucru se datorează expansiunii termice, când volumul crește cu o masă constantă.

Pe măsură ce temperatura scade, densitatea crește. Deși există substanțe a căror densitate se comportă diferit într-un anumit interval de temperatură. De exemplu, apă, bronz, fontă. Astfel, densitatea apei are o valoare maxima la 4 °C si scade atat cu cresterea cat si cu scaderea temperaturii fata de aceasta valoare.

Când starea de agregare se modifică, densitatea unei substanțe se modifică brusc: densitatea crește în timpul trecerii de la starea gazoasă la starea lichidă și când un lichid se solidifică. Apa, siliciul, bismutul și alte substanțe sunt excepții de la această regulă, deoarece densitatea lor scade în timpul solidificării.

Rezolvarea problemelor

Sarcina numărul 1.
O placă metalică dreptunghiulară de 5 cm lungime, 3 cm lățime și 5 mm grosime are o masă de 85 g. Din ce material poate fi făcută?

Analiza unei probleme fizice. Pentru a răspunde la această întrebare, este necesar să se determine densitatea substanței din care este făcută placa. Apoi, folosind tabelul de densitate, determinați cărei substanțe îi corespunde valoarea densității găsite. Această problemă poate fi rezolvată în unități date (adică fără conversie în SI).

Sarcina numărul 2.
O bilă de cupru cu un volum de 200 cm 3 are o masă de 1,6 kg. Stabiliți dacă mingea este solidă sau goală. Dacă sfera este goală, atunci determinați volumul cavității.

Analiza unei probleme fizice. Dacă volumul de cupru este mai mic decât volumul bilei V miere

Sarcina numărul 3.
Un recipient care conține 20 kg de apă este umplut cu benzină. Determinați masa de benzină din recipient.

Analiza unei probleme fizice. Pentru a determina masa benzinei dintr-un recipient, trebuie să găsim densitatea benzinei și capacitatea recipientului, care este egală cu volumul de apă. Volumul apei este determinat de masa și densitatea acesteia. Găsim în tabel densitatea apei și a benzinei. Este mai bine să rezolvați problema în unități SI.

Sarcina numărul 4.
S-a realizat un aliaj din 800 cm 3 de cositor și 100 cm 3 de plumb. Care este densitatea lui? Care este raportul de masă dintre staniu și plumb din aliaj?

Ministerul Educației al Federației Ruse

GBOU "VSOSH TVER"

Fizica clasa a 7-a

„Densitatea materiei”

Lecția concepută:

Profesor de fizică: Arefiev A.S.

octombrie 2013

Tehnologii folosite : lecția se bazează pe tehnologia problemelor cu utilizarea parțială a tehnologiilor de grup și informaționale.

Scopul lecției: introducerea unei noi caracteristici a unei substanțe - densitatea, luarea în considerare a caracteristicilor acesteia (definiție, formulă, unități de măsură, metode de măsură).

Sarcini:

Educational:

Continuarea formării cunoștințelor despre natură, fenomene și legi într-un singur sistem;

Repetă: fenomenul de interacțiune a corpurilor; conceptul de greutate corporală; inerţie.

Educational:

Continuați să vă formați o perspectivă științifică, gândire independentă;

Dezvoltați capacitatea de a vă exprima gândurile cu voce tare.

Educational:

Continuați să vă formați capacitatea de a analiza ceea ce vedeți;

Dezvoltați capacitatea de a formula ipoteze;

Dezvoltați capacitatea de a lucra cu material tabelar;

Dezvoltarea interesului cognitiv, a abilităților intelectuale și creative;

Dezvoltați capacitatea de a rezolva probleme de calitate.

Echipament: proiector multimedia; un calculator; o prezentare realizată folosind programul PowerPoint; corpuri de volume diferite, dar mase egale; cântare; greutăți; corpuri de același volum, dar cu mase diferite.

Planul lecției:

Organizarea timpului.

Repetarea materialului acoperit.

Învățarea de materiale noi.

Consolidarea materialului studiat

Teme, debriefing.

În timpul orelor:

Salutarea studenților și marcarea absenților în jurnal. (2 minute)

Trei elevi sunt chemați la tablă pentru a rezolva probleme experimentale, ale căror rezultate vor fi necesare atunci când studiază materiale noi.

Echipamente: cântare, greutăți, corpuri de diferite greutăți.

Sarcina 1: Determinați masele a doi cilindri de lemn de dimensiuni diferite cu o precizie de 1 g.

Sarcina 2: Determinați masele unei bare din lemn și aluminiu de același volum cu o precizie de 1 g.

Sarcina 3: Determinați masele a două corpuri din substanțe diferite (corpi de masă egală) cu o precizie de 1 g.

Rezultatele sunt scrise pe tablă.

Totodată, clasa răspunde la întrebările testului pentru a repeta materialul parcurs și pentru a testa cunoștințele. (5 min) (Anexa 1) Apoi elevii își schimbă lucrarea cu un vecin de la birou și verifică lucrarea (scriu pe o hârtie de altă culoare, verifică lucrarea... și notează). Răspândirea este afișată pe ecran (3 min). Dacă un grup de elevi nu a terminat încă de măsurat masele, atunci testul poate fi deja verificat împreună cu elevii.

Studiul materialului nou începe cu o enunțare a problemei. (26 min.)

Cum poate fi măsurată experimental greutatea corporală? Este posibil să se calculeze greutatea corporală teoretic?

Sarcina propusă este: cum se determină masa unei cărămizi pe o masă folosind o riglă? (s-ar putea ca băieții să nu poată da un răspuns, atunci se rezumă că cu siguranță vom face asta în lecția de astăzi).

Acum ne putem uita la munca grupului de experți: m 1 m 2

De unde știi care dintre cei doi cilindri de lemn are mai multă masă?

m 1< m 2

Comparați masele a 2 bare de același volum (lemn și aluminiu)

1 2 V 1 \u003d V 2 m 2 > m 1

Comparați masele a 2 corpuri de volume diferite și substanțe diferite.

V 2 >V 1 ; m 1 = m 2

m 1 m 2

Corpurile de aceeași masă sunt un corp de oțel și o bucată de pâine cu o greutate de 125 g. (Puteți introduce informații despre bătălia de lângă Moscova, că de la 20 noiembrie până la 25 decembrie 1941 s-au dat 125 g pâine pentru o persoană care nu lucrează și 250 g pentru o persoană care lucrează; diapozitivul nr. 5)

Analizând sarcinile îndeplinite de experți, băieții trag o concluzie.

Masa unui corp depinde de volumul corpului și de substanță.

Cum depind masa și volumul unui corp de substanță? Pentru a răspunde la această întrebare, introducem un nou concept pentru noi - densitate.

Se dă denumirea densității și se construiește dependența matematică a densității, volumului și masei. m - masa V - volum, ρ - densitate

Unitatea de densitate în SI: 1 kg/m3, 1 g/cm3.

Să convertim unitățile de la g / cm 3 la kg / m 3.

1 g / cm 3 \u003d 0,001 kg / 0,000001 m 3 \u003d 10 -3 kg / 10 -6 m 3 \u003d 10 3 kg / m 3

Sunt cunoscute densitățile multor substanțe. Deschidem pagina 50 a manualului. Luați în considerare tabele de densități pentru trei stări ale materiei, aflați ce înseamnă aceste numere în tabel?

Să începem cu aurul: densitatea aurului arată că aurul cu un volum de 1 m 3 are o masă de 19300 kg.

Mai multe valori din care să alegeți, comentează studenții

Cum este legată densitatea structura interna substante?

Să ne amintim cele 3 prevederi ale MKT. (băieții numesc 3 posturi)

Cel mai mod convenabil a înțelege conceptul de densitate înseamnă a lua în considerare cele trei stări ale materiei.

m =Vρ

a= V=abc

b = m =ρ abc

ρ \u003d 1800 kg / m 3 Răspuns: m \u003d

Consolidarea materialului studiat. (7 min.)

Elevii răspund la întrebări pentru a consolida ceea ce au învățat:

Ce caracteristică nouă a substanței ați întâlnit?

Cum poți determina densitatea unei substanțe?

Densitatea depinde de masa și volumul corpului?

De ce trebuie să știți densitatea unei substanțe?

Când este mai convenabil să determinați masa nu experimental, ci prin calcul?

Dacă rămâne timp, se pot rezolva mai multe sarcini de calitate. De exemplu:

Care dintre cele trei linguri de aceeași masă - oțel, aluminiu sau argint - are un volum mai mare?

Densitatea solidelor scade sau crește atunci când sunt încălzite?

O găleată cu apă potabilă are aceeași masă ca o găleată cu apă de mare?

5. Baietii care raspund bine la lectie li se anunta note, pe ecran se afiseaza temele.(2 min)

Totul în jurul nostru este alcătuit din diferite substanțe. Navele și băile sunt construite din lemn, fiarele și paturile pliante sunt din fier, cauciucurile pe roți și radierele pe creioane sunt din cauciuc. Și diferite articole au greutăți diferite - oricare dintre noi va aduce cu ușurință de pe piață un pepene galben copt, dar va trebui să transpirați peste o greutate de aceeași dimensiune.

Toată lumea își amintește de celebra glumă: „Ce este mai greu? Un kilogram de unghii sau un kilogram de puf? Nu ne vom mai îndrăgi de acest truc copilăresc, știm că greutatea ambelor va fi aceeași, dar volumul va fi semnificativ diferit. Deci de ce se întâmplă asta? De ce corpuri și substanțe diferite au greutăți diferite pentru aceeași dimensiune? Sau invers, aceeași greutate pentru diferite dimensiuni? Evident, există o caracteristică care face substanțele atât de diferite unele de altele. În fizică, această caracteristică se numește densitatea materiei și este promovată în clasa a șaptea.

Densitatea materiei: definiție și formulă

Definiția densității unei substanțe este următoarea: densitatea arată cu ce este egală masa unei substanțe într-o unitate de volum, de exemplu, într-un metru cub. Deci, densitatea apei este de 1000 kg/m3, iar gheața - 900 kg/m3, motiv pentru care gheața este mai ușoară și se află deasupra iernii pe rezervoare. Adică ce ne arată densitatea materiei în acest caz? Densitatea gheții egală cu 900 kg/m3 înseamnă că un cub de gheață cu laturile de 1 metru cântărește 900 kg. Și formula pentru determinarea densității unei substanțe este următoarea: densitate \u003d masă / volum. Mărimile incluse în această expresie se notează astfel: masa - m, volumul corpului -V, iar densitatea se notează cu litera ρ (litera greacă „ro”). Și formula poate fi scrisă după cum urmează:

Cum se află densitatea unei substanțe

Cum se găsește sau se calculează densitatea unei substanțe? Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți volumul corpului și greutatea corporală. Adică măsuram substanța, o cântărim și apoi pur și simplu substituim datele obținute în formulă și găsim valoarea de care avem nevoie. Și cum se măsoară densitatea unei substanțe este clar din formulă. Se măsoară în kilograme pe metru cub. Uneori folosesc și o astfel de valoare ca un gram pe centimetru cub. Convertirea unei valori în alta este foarte simplă. 1 g = 0,001 kg și 1 cm3 = 0,000001 m3. În consecință, 1 g / (cm) ^ 3 \u003d 1000 kg / m ^ 3. De asemenea, trebuie amintit că densitatea unei substanțe este diferită în diferite stări de agregare. Adică solid, lichid sau gazos. Densitatea solidelor, cel mai adesea, este mai mare decât densitatea lichidelor și mult mai mare decât densitatea gazelor. Poate că o excepție foarte utilă pentru noi este apa, care, așa cum am considerat deja, cântărește mai puțin în stare solidă decât în ​​stare lichidă. Din cauza acestei caracteristici ciudate a apei este posibilă viața pe Pământ. Viața de pe planeta noastră, după cum știți, provine din oceane. Și dacă apa s-ar comporta ca toate celelalte substanțe, atunci apa din mări și oceane ar îngheța, gheața, fiind mai grea decât apa, s-ar scufunda în fund și s-ar afla acolo fără să se topească. Și numai la ecuator, într-o coloană mică de apă, viața ar exista sub forma mai multor tipuri de bacterii. Așa că putem să-i mulțumim apei pentru faptul că existăm.