Что тяжелее вода или воздух: Что легче – влажный воздух или сухой?

#физика | Почему вода легче… воды?

Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается, обыкновенная вода может менять свой объем и весить то больше, то меньше. При испарении воды, ее нагревании и охлаждении происходят поистине удивительные вещи, о которых мы и узнаем сегодня.

Мюриэль Мэнделл в своей занимательной книге «Phycisc Experiments for Children» излагает интереснейшие мысли о свойствах воды, на основе которых не только юные физики могут узнать немало нового, но и взрослые освежат свои знания, которые давненько не приходилось применять, поэтому они оказались слегка забытыми.

Сегодня речь пойдет об объеме и весе воды. Оказывается, один и тот же объем воды не всегда весит одинаково. И если налить воду в стакан и она не прольется через край — это еще не значит, что она поместится в нем при любых обстоятельствах.

1. При нагревании вода увеличивается в объеме

Поставьте наполненную водой банку в кастрюлю, наполненную сантиметров на пять кипящей водой, и на слабом огне поддерживайте кипение. Вода из банки начнет переливаться через край. Это происходит потому, что при нагревании вода, подобно другим жидкостям, начинает занимать больше пространства. Молекулы отталкиваются друг от друга с большей интенсивностью и это ведет к увеличению объема воды.

2. При охлаждении вода сжимается

Дайте воде в банке остыть при комнатной температуре, или налейте новую воду, и поставьте ее в холодильник. Через некоторое время вы обнаружите, что полная прежде банка уже не полна. При охлаждении до температуры 3,89 градусов по Цельсию вода уменьшает свой объем по мере снижения температуры. Причиной тому стало снижение скорости движения молекул и их сближение друг с другом под воздействием охлаждения.

Казалось бы, все очень просто: чем холоднее вода, тем меньший объем она занимает, но…

3. …объем воды вновь возрастает при замерзании

Наполните банку водой до краев и накройте куском картона. Поставьте ее в морозилку и дождитесь замерзания. Вы обнаружите, что картонную «крышку» вытолкнуло. На температурном интервале между 3,89 и 0 градусов по Цельсию, то есть на подходе к точке своего замерзания, вода вновь начинает расширяться. Она является одним из немногих известных веществ, обладающих подобным свойством.

Если использовать плотную крышку, то лед просто разнесет банку. Приходилось ли вам слышать о том, что даже водопроводные трубы может разорвать льдом?

4. Лед легче воды

Поместите пару кубиков льда в стакан с водой. Лед будет плавать на поверхности. Вода при замерзании увеличивается в объеме. И, вследствие этого, лед легче воды: его объем составляет около 91% соответствующего объема воды.

Это свойство воды существует в природе не зря. У него есть вполне определенное предназначение. Говорят, что зимой реки замерзают. Но на самом деле это не совсем верно. Обычно замерзает лишь небольшой верхний слой. Это ледяной покров не тонет, поскольку он легче жидкой воды. Он замедляет замерзание воды на глубине реки и служит своеобразным одеялом, оберегая рыб и другую речную да озерную живность от лютых зимних морозов. Изучая физику, начинаешь понимать, что очень многое в природе устроено целесообразно.

5. Водопроводная вода содержит минералы

Влейте в небольшую стеклянную миску 5 столовых ложек обычной водопроводной воды. Когда вода испарится, на миске останется белая кайма. Эта кайма сформирована минералами, которые были растворены в воде, когда она проходила слои грунта.

Посмотрите внутрь своего чайника и вы увидите там минеральный налет. Такой же налет образуется и на отверстии для стока воды в ванне.

Попробуйте испарить дождевую воду, чтобы самостоятельно проверить, содержит ли она минералы.

Если совместить воду с другими жидкостями, то можно обнаружить, что с некоторыми вода не смешивается. Благодаря таким свойствам веществ можно сделать красивейшую сахарную радугу.

Газы легче воздуха

Какие газы легче воздуха.

Ответ:

Количество газов, которые легче воздуха, невелико. Способ определения того, какие газы легче или тяжелее воздуха, заключается в сравнении их молекулярного веса (который вы можете найти в списке обнаруживаемых газов). Вы даже можете вычислить молекулярный вес M вещества, если вам  известна химическая формула, установив H = 1, C = 12, N = 14, и O = 16 г/моль.  

Пример:

Этанол, химическая формула C₂H₅OH, содержит 2 C, 6 H, и 1 O, отсюда M = 2*12 + 6*1 + 1*16 = 46 г/моль;

Метан, химическая формула CH₄, содержит 1 C и 4 H, отсюда M = 1*12 + 4*1 = 16 г/моль;

Молекулярный вес воздуха, состоящего из 20,9 объемн. % O₂ (M = 2*16 = 32 г/моль) и 79,1 объемн. % N₂ (M = 2*14 = 28 г/моль), составляет 0,209*32 + 0,791*28 = 28,836 г/моль.  

Вывод: любое вещество с молекулярным весом менее 28,836 г/моль легче воздуха. Удивительно, что существует лишь 12 газов легче воздуха: 

* На самом деле синильная кислота в большей степени жидкость, нежели газ, давление ее паров составляет 817 мбар при 20 °C (по определению, газы имеют точку кипения ниже 20°C).  

Кстати: пары еще одного, крайне важного негорючего вещества легче воздуха: H₂O, молярный вес — 18 г/моль. Вывод: сухой воздух тяжелее влажного, который поднимается и конденсируется наверху в облаках. 

Что касается размещения газоанализаторов на горючие газы, то это необходимо учитывать лишь для  метана, водорода и аммиака. Эти газы поднимаются вверх до потолка, где и следует устанавливать сенсоры. 

Помните, что любые горючие пары тяжелее воздуха!

Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

Три состояния воды — урок. Окружающий мир, 3 класс.

Мы привыкли, что вода — это прозрачная жидкость без цвета и вкуса. Но она бывает и твёрдой, и газообразной. Лёд и снег — это тоже вода. А в воздухе всегда есть вода в виде пара.

Вода может быть в трёх состояниях: жидком, газообразном (пар, туман) и твёрдом (лёд, снег, град, иней).

Состояние воды зависит от температуры. Если на улице тепло, то вода жидкая. На морозе вода замерзает и превращается в лёд. А при нагревании она испаряется и становится водяным паром.

При этом изменяется расстояние между молекулами воды. В твёрдой воде молекулы располагаются совсем близко. В жидкой воде они дальше друг от друга, а в газообразной — совсем далеко.

Превращения воды

Превращение жидкой воды в лёд происходит при температуре ниже \(0\) градусов. Это замерзание.

Лёд начинает таять, если температура выше \(0\) градусов. Происходит таяние льда.

Превращение жидкой воды в пар — это испарение. Испарение происходит при любой температуре, а полностью вода становится газообразной, если температура выше \(100\) градусов.

Водяной пар превращается в жидкую воду при температуре ниже \(100\) градусов. Процесс называется конденсация.

Особые свойства льда

Обыч­но твёр­дые ве­ще­ства тя­же­лее, чем те же ве­ще­ства в жид­ком со­сто­я­нии. На­при­мер, ку­со­чек воска тонет в рас­плав­лен­ном воске. Лёд не тонет в воде. Если бро­сить ку­со­чек льда в  воду, он будет пла­вать на по­верх­но­сти.

При замерзании вода ведёт себя не так, как другие вещества.  Если воду охлаждать, то она начинает сжиматься. Но как только температура воды становится ниже \(0\) градусов, всё изменяется. При замерзании вода опять расширяется. Лёд за­ни­ма­ет боль­ший объём, чем вода, и он легче воды.

Если стеклянную  бутылку с водой  оставить на морозе, то она лопается.  То же самое происходит и с водопроводными трубами. Если в них вода замёрзнет, то они разрываются. В сильные морозы из-за этого происходят аварии, и люди остаются без тепла и воды.

ICSC 0597 — ВИНИЛБРОМИД

ICSC 0597 — ВИНИЛБРОМИД

	ОСОБЫЕ ОПАСНОСТИ	ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫ	ТУШЕНИЕ ПОЖАРА
ПОЖАР И ВЗРЫВ	Очень легко воспламеняется.   Смеси газа с воздухом взрывоопасны.	НЕ использовать открытый огонь, НЕ допускать образование искр, НЕ КУРИТЬ.  Замкнутая система, вентиляция, взрывозащищенное электрическое оборудование и освещение.	Использовать распыленную воду, пену, двуокись углерода.  В случае пожара: охлаждать баллон распыляя воду.

ИЗБЕГАТЬ ЛЮБЫХ КОНТАКТОВ!
	СИМПТОМЫ	ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫ	ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ
Вдыхание	Головокружение. Потеря координации. Вялость. Тошнота. Рвота.	Применять вентиляцию, местную вытяжку или средства защиты органов дыхания.	Свежий воздух, покой. Может потребоваться искусственное дыхание. Обратиться за медицинской помощью.
Кожа	Покраснение. ПРИ КОНТАКТЕ С ЖИДКОСТЬЮ: ОБМОРОЖЕНИЕ.	Перчатки для защиты от холода. Защитная одежда.	Ополоснуть и затем промыть кожу водой с мылом. Промыть кожу большим количеством воды или принять душ в течение не менее 15 минут. ПРИ ОБМОРОЖЕНИИ: промыть большим количеством воды, НЕ удалять одежду. Обратиться за медицинской помощью.
Глаза	Покраснение. Боль.	Использовать закрытые защитные очки или средства защиты глаз в комбинации со средствами защиты органов дыхания..	Прежде всего промыть большим количеством воды в течение нескольких минут (снять контактные линзы, если это возможно сделать без затруднений), затем обратится за медицинской помощью.
Проглатывание

ЛИКВИДАЦИЯ УТЕЧЕК	КЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА
Покинуть опасную зону! Индивидуальная защита: костюм химической защиты, включая автономный дыхательный аппарат. Вентилировать. Удалить все источники воспламенения. НИКОГДА не направлять струю воды на жидкость. Удалить дым при помощи водного аэрозоля. НЕ сливать в канализацию.	Согласно критериям СГС ООН ОПАСНО Чрезвычайно легковоспламеняющийся газ Содержит газ под давлением; при нагревании может взорваться Может вызвать рак  Транспортировка Классификация ООН Класс опасности по ООН: 2.1
ХРАНЕНИЕ
Обеспечить огнестойкость. Прохладное место. Хранить в хорошо проветриваемом помещении. Отдельно от окислителей. Хранить только в стабильном состоянии.
УПАКОВКА

ПРИМЕЧАНИЯ
Добавление стабилизатора или ингибитора может влиять на токсикологические свойства этого вещества; следует проконсультироваться с экспертом. Поверните протекающий цилиндр местом протечки вверх, чтобы предотвратить утечку газа в жидком состоянии.

Радон в воде. Удаление радона.

      Радон — это благородный газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха в 7,5 раз, ядовит и радиоактивен. Радон образуется вследствие уранового распада, происходящего в недрах планеты.  Исследования показали, что наибольшее радиоактивное облучение человек получает не от техногенных, а от природных источников. И именно радон ответствен за половину дозы облучения, получаемой людьми от всех природных источников. В организм человека радон может попасть разными путями: из недр Земли, из стен и фундамента зданий, вместе с водопроводной водой.

      Как правило, скважины для индивидуального использования  не бурятся на глубину тех геологических горизонтов, которые содержат большое количество радона. Тем не менее, радон может наблюдаться в заметных количествах даже в неглубоких скважинах и колодцах, что говорит о необходимости проведения исследований.  Так, например, в местностях, где гранит является доминирующей породой (что характерно для Челябинска и Челябинской области), пробы воды обычно показывают повышенные концентрации радона. Этот радиоактивный газ растворим в воде, поэтому подземные источники способны к быстрому радоновому насыщению, а значит, элемент может попадать в дома.  

      Отмечается двойное воздействие растворенного радона:

•  во-первых, он проникает в органы желудочно-кишечного тракта с водой;
•  во-вторых, газ выделяется в воздух из вытекающей воды и проникает в органы дыхания.

      Мгновенный риск для здоровья от потребления воды, содержащей невысокую активность радона, незначителен. Однако скапливаясь в значительных объемах в ванных, туалетах, кухнях (здесь его насыщенность порой в 40 раз выше, чем в других помещениях) этот элемент способен серьезно навредить здоровью. При отсутствии достаточного воздухообмена радоновая насыщенность существенно возрастает, и в замкнутых помещениях его содержание быстро достигает опасного уровня.

      Поэтому наиболее опасен для человека именно ингаляционный способ проникновения радона. Продукты распада радона попадают в легкие человека вместе с воздухом и выделяют альфа-частицы, поражающие клетки эпителия. Распад ядер радона в легочной ткани вызывает микроожоги, а повышенная концентрация газа в воздухе может привести к раку. Считается, что радон — второй по частоте (после курения) фактор, вызывающий рак лёгких. Также альфа-частицы вызывают повреждения в хромосомах клеток костного мозга человека, что увеличивает вероятность развития лейкозов.

      В борьбе с радоновой насыщенностью воды отличные результаты приносит дополнительная аэрация воды, продувание воздухом. Воздушные пузырьки, проходя через толщу воды, эффективно выводят этот радиоактивный газ. Обычно аэрация воды дает эффективность около 90%. Также применение аэрации в процессе подготовки воды способствует повышению эффективности других элементов очистки воды. Так, в случае применения аэрации система очистки воды от железа работает более эффективно. Аэрация воды более эффективна по отношению к радону, чем другие методы — он выбрасывается в атмосферу, быстро разносится с током воздуха, поэтому его концентрации остаются мизерными и опасности не представляют.

       Процедура аэрации является частью подготовки воды на станциях очистки, поэтому для тех, кто пользуется муниципальным водоснабжением, проблема радона в воде не актуальна.

      Другим методом очистки воды от радона является применение фильтров на основе активированного угля. Это более дорогой метод. Он применим для одиночной системы водоснабжения или коллективного водоснабжения ограниченной производительности. Обычно эффективность очистки от радона составляет 95-99%. Однако в случае работы фильтра, он аккумулирует радон, который является источником гамма-излучения. Это влечет за собой проблемы обращения с фильтром в случае использования высокоактивной воды и требует установки фильтра в местах ограниченного пребывания людей, а отработанный фильтр часто приходится утилизировать как радиоактивные материалы, поскольку фильтр также сорбирует радий-226 и уран. 

Радон и его воздействие на здоровье человека

Что такое радон?

Радон — это радиоактивный газ без запаха, цвета и вкуса. Радон образуется в процессе природного радиоактивного распада урана, который присутствует во всех горных породах и почвах. Радон может также присутствовать в воде.

Высвобождаясь из грунта в воздух, радон распадается с образованием радиоактивных частиц. Когда мы дышим, эти частицы осаждаются на клетках эпителия дыхательных путей, что чревато повреждением ДНК клеток и может привести к развитию рака легких.

Концентрация радона в атмосферном воздухе быстро падает до очень низкого уровня и, как правило, не представляет опасности. Средний уровень концентрации радона в атмосферном воздухе¹ колеблется в диапазоне 5-15 Бк/м³. Однако внутри помещений, а также в плохо проветриваемых местах концентрация выше, причем наиболее высокие уровни концентрации наблюдаются в шахтах, пещерах и водоочистных сооружениях. В зданиях, например в жилых домах, школах и офисных помещениях, уровни концентрации радона могут сильно варьироваться – от 10 Бк/м³ до более 10 000 Бк/м³. Учитывая свойства радона, можно сделать вывод, что находящиеся в таких зданиях люди, возможно, сами того не сознавая, живут или работают в условиях очень высокой концентрации радона.

Неблагоприятное воздействие радона на здоровье

Радон является одной из основных причин развития рака легких. По оценкам, радон вызывает от 3% до 14% всех случаев рака легких в зависимости от среднего по стране уровня концентрации радона и распространенности курения.

Впервые повышенная заболеваемость раком легких была отмечена у шахтеров, работающих в урановых рудниках и подвергающихся воздействию радона в очень высоких концентрациях. Кроме того, исследования, проведенные в Европе, Северной Америке и Китае, подтвердили, что даже низкие концентрации радона, которые, например, часто регистрируются в жилых помещениях, также создают риски для здоровья и способствуют развитию рака легких у людей во всем мире.

Увеличение средней концентрации радона за длительный период времени на 100 Бк/м³ увеличивает примерно на 16% риск развития рака легких. Считается, что соотношение доза-ответ является линейным, то есть риск развития рака легких возрастает пропорционально увеличению воздействия радона.

По оценкам, вероятность развития рака легких в результате воздействия радона у курильщиков в 25 раз выше, чем у некурящих. На сегодняшний день не установлен риск развития других видов рака или других неблагоприятных последствий для здоровья. В то же время в результате вдыхания радона радиация может проникать в другие органы, но при этом ее уровень будет гораздо ниже, чем уровень радиации в легких.   

Присутствие радона в зданиях  

Большинство людей подвергаются наиболее сильному воздействию радона в жилых домах, где они проводят много времени. Однако рабочие места внутри зданий могут также являться источником неблагоприятного воздействия. Концентрация радона внутри зданий зависит от следующих факторов:

• геологические особенности местности, например, содержание урана и проницаемость подстилающих пород и грунтов;
• пути поступления радона в здание из грунта;
• выделение радона из строительных материалов;
• частота смены воздушных масс в помещении за счет поступления атмосферного воздуха, которая зависит от конструкции здания, привычек людей в отношении проветривания занимаемых ими помещений и герметичности здания.

Радон поступает в здания через щели в полах или на стыках полов и стен, неуплотненные технологические отверстия вокруг труб или кабелей, небольшие поры в стенах, возведенных из пустотелых бетонных блоков, полости в стенах, а также через внутренние водостоки и дренажные системы. Концентрация радона обычно выше в подвалах, цокольных помещениях и жилых помещениях, соприкасающихся с грунтом. Однако значительная концентрация радона в здании может наблюдаться и выше уровня земли.

Уровни концентрации радона в соседних зданиях могут сильно различаться, а в одном и том же здании меняться каждый день и даже каждый час. Ввиду таких колебаний наиболее предпочтительным методом определения среднегодового уровня концентрации радона в воздухе внутри помещений считается проведение замеров по крайней мере в течение трех месяцев. Существуют недорогие и простые способы определения уровней концентрации радона в жилых помещениях при помощи небольших по размеру пассивных дозиметров. В целях обеспечения согласованности и достоверности данных, необходимых для принятия решений, замеры должны производиться на основе национальных протоколов. Краткосрочное радоновое тестирование, которое проводится в соответствии с национальными протоколами, может пригодиться для принятия решений в ситуациях, когда очень важен фактор времени, например, при продаже жилья или при проверке эффективности проведенных работ по смягчению воздействия радона.  

Способы снижения концентрации радона внутри помещений

Существуют проверенные, надежные и эффективные по стоимости методы предотвращения проникновения радона в строящиеся здания и снижения концентрации радона в существующем жилом фонде. Следует предусматривать меры по предупреждению загрязнения строящихся сооружений радоном, особенно в радоноопасных районах. Во многих странах Европы, в Соединенных Штатах Америки и в Китае в строительные нормы и правила включены меры по защите строящихся зданий от радона.   

Вот лишь некоторые общепринятые способы снижения концентрации радона в уже существующих зданиях:

• более интенсивная вентиляция подпольного пространства;
• обустройство системы отвода радона в подвальном помещении или под монолитным полом на грунтовом основании;
• предотвращение поступления радона из подвального пространства в жилые помещения;
• устранение трещин и щелей в полах и стенах;
• улучшение вентилирования здания, особенно в контексте энергосбережения.

Пассивные системы смягчения воздействия радона позволяют снижать концентрацию этого газа внутри помещений более чем на 50%. Добавление принудительной вентиляции обеспечивает еще более существенное уменьшение концентрации радона.

Радон в питьевой воде

Во многих странах питьевая вода поступает из подземных источников – родников, колодцев и артезианских скважин. Как правило, концентрация радона в воде из этих источников выше, чем в воде из поверхностных источников водоснабжения, таких как водохранилища, реки или озера.

На сегодняшний день результаты эпидемиологических исследований не подтверждают, что потребление питьевой воды, содержащей радон, увеличивает риск заболевания раком желудка. Растворенный в питьевой воде радон поступает в воздух внутри помещений. Как правило, при поступлении радона в организм ингаляционным путем полученная доза радона оказывается выше, чем при его поступлении в пищеварительный тракт.

Руководство по обеспечению качества питьевой воды [1] (2011 г. ) рекомендует устанавливать скрининговые уровни содержания радона в воде на основе национального референтного уровня содержания радона в атмосфере. В том случае, если есть основания полагать, что в питьевой воде может обнаружиться высокая концентрация радона, целесообразно измерить содержание радона в воде. Существуют простые и эффективные способы снижения концентрации радона в питьевой воде, такие как аэрация или использование фильтров с гранулированным активированным углем. Дополнительные рекомендации можно найти в документе Management of Radioactivity in Drinking-water [2] (2018 г.). 

Деятельность ВОЗ

Присутствие радона внутри помещений является предупреждаемым фактором риска, которому можно противостоять с помощью эффективных мер национальной политики и нормативного регулирования. В справочном пособии ВОЗ WHO Handbook on Indoor Radon: A Public Health Perspective [3] изложены варианты политики по сокращению рисков для здоровья, обусловленных воздействием радона на организм в помещениях, за счет осуществления следующих мер:

• информирование населения об уровнях концентрации радона внутри помещений и соответствующих рисках для здоровья;
• реализация национальной программы в отношении радона, направленной на сокращение риска как для населения в целом, так и индивидуального риска для людей, живущих в условиях повышенной концентрации радона;
• установление национального среднегодового референтного уровня концентрации радона в жилых помещениях в 100 Бк/м³, однако если этот уровень не может быть обеспечен в силу преобладающих в конкретной стране условий, то он не должен превышать 300 Бк/м³;
• разработка протоколов определения концентрации радона в целях обеспечения качества радонового тестирования и согласованности полученных данных;
• включение положений, касающихся предупреждения радонового загрязнения, в строительные нормы и правила в целях снижения уровней концентрации радона в строящихся зданиях и реализация радоновых программ для обеспечения того, чтобы эти уровни были ниже национальных референтных значений;
• поощрение просвещения работников строительного сектора и оказание финансовой поддержки мероприятиям по удалению радона из уже построенных зданий;
• рассмотрение возможности включения радона в качестве фактора риска в национальные стратегии, касающиеся борьбы с раком и борьбы против табака, а также в стратегии по обеспечению качества воздуха внутри помещений и энергосбережения.  

Эти рекомендации соответствуют Международным основным нормам безопасности [4] (2014 г.), разработанным при поддержке со стороны ВОЗ и других международных организаций. ВОЗ содействует внедрению норм безопасности в отношении радона, которые в конечном счете способствуют реализации Повестки дня в области устойчивого развития на период до 2030 г., достижению закрепленных в ней целей (ЦУР) и решению поставленных задач, а именно задачи 3.4, касающейся неинфекционных заболеваний. В рамках Глобальной обсерватории здравоохранения ВОЗ сформировала базу данных по радону [5].

Примечания

¹ Единицей измерения радиоактивности является беккерель (Бк). Один беккерель соответствует одному акту спонтанного изменения состава (акту распада) одного атомного ядра в секунду. Концентрация радона в воздухе равна числу радиоактивных распадов в секунду в одном кубическом метре воздуха (Бк/м³).

Источники

[1] Руководство по обеспечению качества питьевой воды, четвертое издание (https://www. who.int/water_sanitation_health/publications/dwq-guidelines-4/ru/), Женева, ВОЗ (2011 г.)

[2] Management of Radioactivity in Drinking-water, Geneva, WHO (2018)   

[3] WHO Handbook on Indoor Radon: A Public Health Perspective, Geneva, WHO (2009)

[4] Радиационная защита и безопасность источников излучения: Международные основные нормы безопасности, Вена, МАГАТЭ (2014 г.)
https://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1578_R_web.pdf       

[5] WHO Global Health Observatory: Radon database on national policies and regulations  

Ответы на «Задачки в дорогу»

Привет, любознательный друг! 

Ты уже побывал на научных шоу в «ЛабиринтУме» и успел потрогать, попробовать, изучить все механизмы и экспонаты в нашем музее? Но дух исследователя все равно не дает спать по ночам? Тогда не забудь, выходя из «ЛабиринтУма», захватить с собой «Задачки в дорогу» — безопасные опыты для домашней лаборатории! 

Проведя опыты в домашних условиях, приходи на сайт музея и узнай ответы на вопросы, которые я задаю. Например, можно ли использовать пепси-колу в быту или сколько понадобится муравьев, чтобы очистить потемневшую от старости монетку. 

Давай изучать занимательные науки вместе!

Объяснение к заданиям «Химия или магия»:

Опыт 1.

Когда мы нагрели газировку, весь углекислый газ из неё вышел.

Когда мы добавили соду, то частички соды начали реагировать с частич­ками кислоты в газировке. И углекислый газ начал выделяться опять. Многие кислоты умеют «отщипывать» частички не только от соды, но и от других веществ.

Опыт 2.

Монета очистится и заблестит как новенькая.

Потому что тёмный налёт на монете — это соединение ме­ди и воздуха (точнее, части воздуха, которая называется «кислород»). А в кока-коле содержится кислота. Кислота «выдёргивает» атомы кислорода. А медь опять без кислорода — чистенькая и блестящая. Ещё нагляднее будет, если напиток налить в маленькую крышечку от бутылки и погрузить туда монету до половины. Половинка, погружённая в кока-колу, будет блестящая, а та, что осталась на воздухе, — тёмная.

Опыт 3.

Монета покроется красным налетом. Почему?

Монетки делают не из чистой меди, а из сплава — смеси меди, алюминия или цинка (это такие металлы). Если кислота долго действует на монету, то частички кислоты «отщипывают» частички алюминия и цинка, остается одна    медь. А чистая медь красноватого цвета.

Объяснение к заданиям «Электричество»:

ОПЫТ 1. Скачущие перчинки

Почему?

Когда мы трём крышку шерстяной варежкой, она электризуется и притягивает перчинки.

Если дотронуться до крышки металлической скрепкой, заряды перетекут на неё, и

перчинки упадут вниз или перескочат на другие части крышки, которые еще не утратили заряда .

Статическое электричество через скрепку перетекает на твоё тело, а затем уходит в землю.

Сама по себе скрепка наэлектризоваться не может.

ОПЫТ 2. Упрямые шарики

Предметы из одного и того же материала приобретают одинаковый заряд. А так как одноименные заряды отталкиваются, то шарики, имеющие оба отрицательный заряд, удаляются друг от друга. Лист бумаги не наэлектризован, он имеет одинаковое количество отрицательных и положительных зарядов. Его положительные заряды притягивают отрицательные заряды шариков.

ОПЫТ 3. Огни Эльма

Кроме молнии в природе можно наблюдать и другое электричество. Его описывали моряки всех стран и народов. В тихие тропические ночи на мачтах вспыхивали холодные огоньки. Их видели Христофор Колумб и Фернан Магеллан, и многие другие знаменитые мореплаватели. Их назвали  — огни святого Эльма. При чём тут святой?

Просто такие огни часто появлялись на шпиле церкви Святого Эльма в одном французском городе. Ещё знаменитый римский полководец и император Юлий Цезарь описывал такие огни. Он видел их на кончиках копий солдат, когда они ночью переходили через горы.

Возникают огни Эльма и на самолётах, возле винтов и разных выступающих заострённых частей корпуса. Это «украшение» пилотов не радует — оно создаёт сильные радиопомехи. Но для самолётов и пассажиров огни святого Эльма совершенно безопасны.  

Друзья, хотите узнать больше? Приходите ко мне на научные шоу программы «Таинственный мир электричества» и «Война токов». 

Объяснение к заданиям «Фатальная заморозка»:

Ответы для сайта:

1. Почему, если дохнуть себе на руку, получается ощущение тепла, а если дунуть, то ощущение прохлады?     Выдыхаемый воздух весьма влажный и имеет температуру близкую к 36.6.

Кожа на наших руках  холоднее (зимой тем более). Это означает, что если дохнуть на руку, то на её холодной поверхности влага будет конденсироваться, отдавая тепло (также как в бане, когда поддашь на каменку, пар, конденсируясь дает ощущение подъема температуры, хотя она и не изменилась). Подышите медленно на ладонь, она будет чуток влажной – значит, конденсация произошла, а, значит и отдача тепла. Если сильно дуешь, то поток воздуха уносит молекулы пара, вследствие чего испарение с руки усиливается, а на это нужна энергия, она отнимается от руки. И мы ощущаем прохладу.

Медленно дуем — преобладает конденсация с выделением тепла, быстро дуем — преобладает испарение с поглощением тепла.

2. Почему мокрые пальцы примерзают зимой к металлическим предметам и не примерзают к деревянным? Металлы обладают очень высокой теплопроводностью, они   очень быстро отводят  тепло (обрати внимание, как быстро нагревается верхний кончик ложки в стакане с горячим чаем) Поэтому вода на руке успевает даже за доли секунды превратиться в лед,  и пальцы примерзают. А дерево — хороший теплоизолятор, оно наоборот хорошо  сохраняет тепло, поэтому, например, стены домов часто делают из дерева. Поэтому деревянная ручка не успевает отвести достаточное количество тепла, чтобы вода на пальцах превратилась в лед.

3. Метеориты, пролетающие через атмосферу, нагреваются и даже светятся. Однако, наблюдались и такие явления: метеорит попадает в болото, и оно всё замерзает! Почему?

Метеорит находясь в космическом пространстве имеет крайне низкую температуру. Даже когда он входит в земную атмосферу, он не успевает сильно нагреться целиком . Всему виной его низкий коэффициент теплопроводности . Хоть его верхняя часть за счет сил трения о воздух раскаляется до огненного шлейфа , сам метеорит внутри удерживает чудовищно низкие температуры . Конечно сказывается еще и его масса . Обладая значительной теплоемкостью, он способен при нагревании от воды болота, куда метеорит угодил, забрать достаточное количество тепла, чтобы оказаться замурованным в ледяной панцирь. А также если метеорит из космоса входит в земную атмосферу под углом и по направлению вращения Земли, тем самым при минимальной его скорости к точке падения силы трения о воздух не сильно его нагревают, и он продолжает нести в себе огромное количество сильно охлажденного льда. И поэтому метеорит способен при падении заморозить болото и не только.

4. Космонавт, находясь на поверхности Луны, вскрыл ампулу с водой. Как будет вести себя вода?Луна не имеет атмосферы. Если там оказывается вода бывшая до того при нормальных условиях, тогда при вскрытии ампулы,  она сначала вскипит, а потом замёрзнет. При снижении давления температура кипения снижается, а температура замерзания повышается.

Это явлением ты сможешь  увидеть в лаборатории нашего музея.

Объяснение к заданиям «Морозилкины секреты»:

ОПЫТ 1. Сила льда

Почему?  Когда вода замерзает, она расширяется и становится твёрдой, вырываясь за пределы сосуда. Сила увеличивается в несколько раз и поэтому может сломать даже очень прочные предметы. Именно по этой причине вода разрывает прочные водопроводные трубы и разрушает горы.

ОПЫТ 2. Лёд на удочке

Почему?   Подсоленный лёд тает, так соль сдвигает точку замерзания. Точка — замерзания- это температура, при которой вода переходит из жидкого состояния в твёрдое. При замерзании воды образуются ледяные кристаллы правильной формы. Соль нарушает структуру кристаллов, поэтому температура замерзания воды становится ниже.  Соль растворила лёд. Но чем больше льда растает, тем меньше будет концентрация соли в талой воде. И её уже не хватает, для таяния льда, и кубик снова замерзает.

Теперь ты знаешь, зачем зимой заснеженные дороги посыпают солью.

ОПЫТ 2. Буря в стакане

Вода не польётся через край. Лёд растает, а уровень воды не изменится, в тарелку не упадёт ни капли.

Почему?   Ты уже знаешь, что одним из любопытных свойств льда является его способность расширяться по мере образования. Иными словами, вода замерзает, и, обладая прежней массой, начинает занимать больше места (примерно на 9%). Это означает, что лёд имеет меньшую плотность по сравнению с водой – его молекулы расположены дальше друг от друга, нежели молекулы воды. Поэтому талой воде хватит места, после таяния льда.

Во льдах Антарктики содержится большая часть всех запасов пресной воды на Земле. Учёные подсчитали, что, если ледники растают, уровень мирового океана поднимется на 60 метров. Но ведь это противоречит эксперименту? Вовсе нет. Учёные при подсчете имели в виду льды, расположенные не в океане, а на суше.

Когда этот лёд растает, вода потечёт в океан и его уровень поднимется.

Друзья, хотите узнать больше? Приходите ко мне на научные шоу программы «Фатальная заморозка» и «Морозилкины секреты».  

Объяснение к заданиям «Трюки с магнитами»:

ОПЫТ 1. Самодельный магнит

Почему?   У тебя получилась катушка индуктивности. Когда по катушке течет ток, между полюсами батарейки, возникает магнитное поле. При этом мельчайшие частицы металла внутри болта — их называют «элементарными магнитами», выстраиваются в определённом порядке. То есть все эти крохотные магниты указывают южным полюсом в одну сторону. А значит, и весь болт теперь имеет южный и северный полюса и становится магнитом. И если его поднести к железным предметам, таким как гвоздь, то они тоже приобретут свойства магнита.

Если болт сделан из твёрдой стали, он сохранит магнитные свойства и после отключения его от батарейки.

ОПЫТ 2. «Сокровища» в бутылке.

Почему?  Магниты притягивают к себе некоторые предметы. Это явление называется — магнетизмом, а материалы магнетическими. Найди предметы в доме, которые притягиваются к магниту.

ОПЫТ 3. Битва Магнитов

Почему?  У каждого магнита есть два полюса- северный и южный. Между одинаковыми полюсами возникает отталкивание, а между разными – притяжение.

Друзья, хотите узнать больше? Приходите ко мне на научные шоу программу «Загадки магнетизма». 

Объяснение к заданиям «Эврика»:

ОПЫТ 1. Живая и мёртвая вода

Почему? Картофель тонет, потому что плотность воды в банке меньше, чем плотность картофеля. Долевая в банку «живую» воду, мы, увеличивая плотность воды, увеличиваем выталкивающую силу, и клубень всплывает. Добавляя «мёртвую», мы уменьшаем плотность воды и клубень опять утонет. 

Подливая то одну, то другую жидкость, можно получить раствор, в котором клубень не будет всплывать на поверхность, но и ко дну не пойдёт. Если плотность тела равна плотности жидкости, то оно плавает в состоянии безразличного равновесия.

Оказывается, в море плавать чуть-чуть легче, поскольку плотность соленой морской воды немного больше, чем пресной. Обычно это помогает мало. Однако есть водоемы с очень соленой водой. Таково Мертвое море в Израиле. Там вода настолько соленая, что утонуть, в ней практически невозможно. Но и жизни в ней нет тоже. 

ОПЫТ 2. Картезианский водолаз 

Почему? 

Дело в том, что мы немного сжали воздух и это давление передалось воде. Вода проникла в пипетку — она стала тяжелее и утонула. При прекращении давления сжатый воздух внутри пипетки удалил лишнюю воду, наш водолаз» стал легче и всплыл. Если в начале опыта «водолаз» вас не слушается, значит, надо отрегулировать начальное количество воды в пипетке.

Когда пипетка находится на дне бутылки, легко проследить, как от усиления нажима на стенке бутылки вода входит в пипетку, а при ослаблении нажима выходит из нее.

ОПЫТ 3. Тонет-не тонет

Почему? Правильно, плотность тела человека примерно равна плотности воды, и при почти полном погружении выталкивающая сила полностью компенсирует вес.

И уж если так случилось, что человек начал тонуть где-нибудь на глубоком месте, то лучше звать криками на помощь, а не привлекать внимание взмахами рук.  

Поскольку, выставляя руки из воды, он уменьшает свой объем, погруженный в воду, и выталкивающую силу, а тем самым способствуете дальнейшему погружению.

Друзья, хотите узнать больше? Приходите ко мне на научную шоу-программу «Эврика» 

Объяснение к заданиям «Семь граней света»:

ОПЫТ 1. Краски света

На бумаге появится радуга.

Почему? Сам по себе свет кажется белым, но он состоит из лучей разного цвета или волн разной длины. Стакан воды может изменить направление разноцветных лучей как призма, преломляя их, и делая видимыми. Луч определённого цвета имеет свой показатель преломления, т.е. каждый из цветовых лучей отклонится на свой угол. И они выйдут из стакана с водой в разных точках и перестанут сливаться в один белый свет. Так возникает разноцветная радуга.

ОПЫТ 2. Синева неба

Если луч света падает на поверхность раствора вертикально, то кажется, что раствор окрашен в голубой цвет. При попадании луча сквозь стекло стакана кажется, что раствор стал розовым, а сам луч — возможно, жёлто-оранжевым.

Почему? Получившийся раствор преломляет лучи света, подобно нашей атмосфере. 

В природе солнечные лучи рассеиваются мельчайшими частицами в неоднородных слоях атмосферы. При этом оказывается, что волны соответствующие фиолетовому и синему цветам, рассеиваются сильнее других волн. Из-за этого нам и кажется, что Солнце бледно-желтоватого цвета, а небо — голубое.

Но такой световой и цветовой эффект виден только с Земли. В космосе все немного иначе… Так как там нет атмосферы, то все видно в первозданном виде: Солнце на самом деле ярко-белого цвета, а небо, т.е. пространство космоса, — абсолютно черное. Сейчас мы это знаем благодаря разным спутникам и космонавтам, побывавшим в космосе.

ОПЫТ 3. Стеклянный глаз

На бумажном полотенце появится перевёрнутое изображение вырезанной фигурки.

Почему? Лучи отражённого света попадают в лупу, преломляются и падают на бумажное полотенце. Появляется перевёрнутое изображение фигурки. Такая установка действует подобно глазу: ваза круглой формы выступает в роли стекловидного тела глаза, лупа — хрусталик, а бумажное полотенце — сетчатка.

Друзья, хотите узнать больше? Приходите ко мне на научную шоу-программу «Семь граней света».

ученых обнаружили, что воздух тяжелее, чем мы думали — ScienceDaily

Ученые обнаружили, что воздух в атмосфере вокруг нас тяжелее (более плотный), чем они думали ранее. Знание этого позволит ученым измерять массу объектов с большей точностью, чем когда-либо прежде.

В журнале Института физики Metrologia команда Корейского научно-исследовательского института стандартов и науки (KRISS) и Международного бюро мер и весов (BIPM) во Франции сообщает о новом определении содержания аргона в воздухе, первый с 1969 года.

Если вас попросят назвать основные химические компоненты воздуха, большинство из нас перечислит кислород (около 21%), углекислый газ (около 0,04%) и водяной пар (обычно около 1%). Основным компонентом воздуха является азот, а другим основным компонентом — аргон (около 0,9%). Аргон химически инертен, и его присутствие в атмосфере не представляет проблемы для благополучия человека. По старым измерениям, датируемым еще 1903 годом, содержание (моль аргона / моль сухого воздуха) составляло 0,934%. Последнее доступное до сих пор значение было ниже (0.917%) и считалось, что он заменит предыдущий результат. Работа, опубликованная в Metrologia, дает новую цифру (0,9332 ± 0,0006)%, что очень близко к результатам измерений 100-летней давности. Неопределенность нового измерения дана на уровне доверительного интервала 95% и имеет беспрецедентную точность.

Анализ был проведен в KRISS с использованием высокоточной масс-спектрометрии. Набор воздухоподобных калибровочных газовых смесей был приготовлен путем очень тщательного взвешивания чистых газов в баллонах высокого давления.Анализ этих синтетических смесей воздуха вместе с образцами природного воздуха, содержащегося в других баллонах высокого давления, дал результат, опубликованный в Metrologia.

Содержание аргона важно для небольшого сообщества ученых, работающих над точными измерениями массы. Чтобы понять почему, вспомните старую загадку: что весит больше, килограмм перьев или килограмм свинца? Если бы можно было проводить взвешивание на очень точных весах, мы бы увидели, что показания весов идентичны для пера и свинца, если взвешивание проводится в вакууме. Но перья будут давать значительно более низкие показания баланса при измерениях в воздухе. Это потому, что перья в воздухе более плавучие, чем свинец (принцип Ахимеда).

Метрологи масс используют уравнение для корректировки эффекта плавучести воздуха. Уравнение включает плотность воздуха, которая, в свою очередь, включает параметр содержания аргона в атмосфере. Различные исторические значения содержания аргона приводят к разнице в плотности воздуха чуть менее 0,01%, или примерно 15 микрограмм в кажущейся массе одного килограмма из нержавеющей стали (15 частей на 109).Чем выше содержание аргона, тем плотнее воздух.

Хотя плотность воздуха примерно в 800 раз меньше плотности воды, эффект плавучести воздуха легко увидеть при точном взвешивании. Таким образом, плотность воздуха, рассчитанная по новому значению содержания аргона, должна согласовываться с точными данными, полученными в эксперименте с перьями и свинцом. С одной стороны находится полый цилиндр из нержавеющей стали, представляющий перья низкой плотности. С другой стороны, толстостенная трубка представляет собой цельную деталь из нержавеющей стали, тем самым представляя собой свинец высокой плотности.Цилиндр и трубка имеют одинаковую площадь поверхности, что упрощает анализ экспериментальных данных. Результаты измерений с несколькими различными наборами полых и твердых объектов сообщаются в сопутствующей статье в Metrologia, написанной учеными из BIPM и Physikalisch-Technische Bundesanstalt в Германии.

Майкл Эслер из химического отдела BIPM и один из авторов сказал: «Результаты подтверждают новое содержание аргона и могут объяснить расхождения, которые уже наблюдались с использованием ранее принятого значения, датируемого серединой 20 века.Новое определение содержания аргона было мотивировано многочисленными измерениями массы, которые упорно не согласовывались с принятой формулой для плотности воздуха. Новые результаты должны привести к повышению согласованности между высокоточными измерениями массы «.

История Источник:

Материалы предоставлены Institute Of Physics . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

3 факта о воде, доказывающих, что она не соответствует правилам

Изображение через pexels.

Если вам когда-нибудь придется потушить пожар, рискнете ли вы залить его химическим веществом, образованным из двух наиболее сильно воспламеняемых элементов периодической таблицы, или просто воспользуетесь простой водопроводной водой?

Это был вопрос с подвохом — вода — как раз одно из таких веществ. Кислород и водород сами по себе являются одними из самых реактивных элементов, о которых мы знаем, и благодарим за это — из-за его огромного энергетического потенциала водород — лучший выбор для будущего топлива, а кислород настолько безнадежно подвержен возгоранию, что даже наши клетки используют его для получения энергии.Воздух содержит около 21% кислорода, но увеличьте эту концентрацию на несколько процентов, и даже огнестойкая пена загорится, как жирный пожар. Эта способность сочетаться с любым топливом позволяла ему питать сложные организмы до тех пор, пока существовали сложные организмы.

Но соедините их вместе, и они станут лучшими друзьями пожарного. Что, мягко говоря, удивительно. Как и тот коллега, который пропустил меморандум по всему отделу, вода ведет свой день, казалось бы, невиновная в том, как законы физики и химии гласят, что она должна себя вести.Химики объединяют эти неожиданные свойства под термином «аномальные свойства воды», и сегодня мы собираемся рассмотреть несколько необычных вещей, которые делает эта жидкость.

Прежде всего, он не должен быть жидким при комнатной температуре.

Изображение предоставлено Джо Пелл / Flickr.

Вода является типичным примером жидкостей, но с химической точки зрения это должен быть газ. Вода имеет молярную массу примерно 18 г / моль и является жидкостью при комнатной температуре, но сероводород (с аналогичной структурой) и аммиак (с аналогичной молярной массой) являются газами в том же температурном диапазоне, хотя они такие же тяжелее, если не тяжелее воды. Даже воздух с массой примерно 29 г / моль тяжелее воды, но определенно газообразен.

Это происходит потому, что молекулы воды на самом деле как бы свисают с другими молекулами воды. Структура H-O-H воды означает, что они становятся сильно поляризованными, атомы водорода образуют положительные полюса, а атом кислорода — отрицательный полюс. Если их оставить наедине с собой, молекулы воды выстроятся в линию полюса противоположных зарядов и сгруппируются друг в друга, образуя так называемые водородные связи.Однако, чтобы получить представление об их эффекте, мы должны посмотреть как на молярную массу, так и на плотность этих веществ.

Молярная масса в основном говорит нам, сколько весит одинаковое количество молекул каждого вещества. Плотность говорит нам, сколько весит установленный объем вещества, поэтому мы можем получить представление о том, сколько молекул находится в данном пространстве. Таким образом, мы можем увидеть, насколько сильно водородная связь удерживает молекулы воды вместе — в то время как аммиак имеет плотность 0,73 кг / м³, а сероводород имеет плотность 1. 36 кг / м³, вода имеет колоссальную плотность 1000 кг / м³. Молекулы просто невероятно плотно упакованы, что уменьшает свободное пространство между ними и превращает необходимый газ в жидкость, которую мы знаем и любим.

Высокая когезия его молекул также придает воде высокую температуру замерзания и плавления, что позволяет ей образовывать все океаны и моря, которые мы знаем и любим.

Он менее плотный в твердом виде, чем в жидком.

Изображение через pixabay

По мере того, как вещество переходит из газа в жидкость, а затем в твердое тело, его молекулы постепенно сталкиваются друг с другом — поэтому в твердых телах такое же количество вещества занимает меньше места, чем в жидкости, которая занимает еще меньше космос, чем газ.Но в воде этого не будет. Если вы когда-либо видели изображение айсберга, вы знаете, что лед, твердая форма воды, менее плотен, чем его жидкое состояние, и поэтому плавает на нем.

Здесь действуют те же молекулы водорода. Температура замерзания воды составляет 0 градусов по Цельсию (32 по Фаренгейту), но она достигает максимальной плотности при 4 градусах по Цельсию (39,2 по Фаренгейту), после чего молекулы начинают дрейфовать, когда она замерзает. В жидком состоянии каждая молекула связана примерно с 3.4 других молекулы через водородные связи, когда вода замерзает, она кристаллизуется в жесткую решетку, связывающую каждую молекулу с 4 другими. Эта конструкция является более жесткой, но менее компактной, образуя зазоры (свободное пространство), которые увеличивают его объем и эффективно снижают общую плотность льда.

Зимой здесь было разрушено много водопроводных труб, но они творит чудеса с жизнью. Подумайте о ледяном покрове замерзшего озера. Если бы вода вела себя в соответствии с правилами и лед был бы плотнее жидкости, озера замерзли бы снизу вверх.Это не только сделало бы катание на коньках менее приятным, но и убило бы всех животных и растений, которые в нем обитали. Как сейчас, вода с температурой 4 градуса по Цельсию опускается на дно, а самая холодная вода поднимается на поверхность. Таким образом, рыбы могут жить в комфортной (для них) среде и получить свободный слой льда, изолирующего озеро от холода, за ту же сделку. Учитывая, что жизнь на Земле, скорее всего, возникла в океанах, мы все должны быть за это очень благодарны.

Он резко расширяется при превращении в газ

Изображение предоставлено пользователем Викимедиа BrockenInaglory

. Как мы видели, вода имеет низкий молярный вес, но образует удивительно плотную жидкость.Это также означает, что он имеет очень высокое изменение объема жидкости в газ, увеличивая его объем в 1603,6 раза — фактически самый высокий из известных, за исключением металлов, и почти вдвое больше, чем у обычных газов (содержание кислорода увеличивается всего в 804 раза).

Когда вода нагревается, тепловая энергия раздвигает ее молекулы, противодействуя действию водородных связей. Вот почему электростанции кипятят для своих турбин воду, а не, например, спирт, даже если он имеет более высокую температуру кипения. Это очень большое увеличение объема при испарении позволяет использовать мелкие водяные туманы для тушения пожаров, замещая кислород водяным паром.

Под поверхностью

Вода просто великолепна. Об этом можно сказать гораздо больше, о том, как он покрывает большую часть планеты, формирует континенты, лежит в основе всей жизни на Земле и, помимо прочего, предохраняет планету от перегрева — эта статья едва касается верхушки айсберга, чтобы говорить. Но для меня тот факт, что даже такое обычное и безобидное вещество, как вода, так много всего происходит под поверхностью, чего мы никогда не ожидаем, просто взглянув на него, является не чем иным, как удивительным.

Модуль 4 — Плотность

Введение

Что общего у шариковых ручек, бронебойных пуль, отпечатков пальцев, ДНК и лодки, представленной ниже? Все эти темы связаны с плотностью. Осмий — самый плотный из всех элементов, и он часто в сочетании с другими металлами образует чрезвычайно твердые сплавы, используемые для изготовления шариковых ручек и бронебойных пуль.Тетроксид осмия используется судебными экспертами для обнаружения ДНК и отпечатков пальцев. Массовая плотность — это физическое свойство, определяющее, будет ли лодка тонуть или плавать.

В этом эксперименте вы узнаете, как определяется массовая плотность, как измерять массовую плотность объекта и как использовать массовую плотность, чтобы предсказать, будет ли объект плавать.

Вы узнаете, почему нет смысла говорить, что свинец тяжелее воздуха.

Плотность

Почему нет смысла говорить, что свинец тяжелее воды? Ответ, конечно, в том, что это зависит от того, сколько у вас воды и свинца.Например, 1 кубический фут свинца весит 708 фунтов, а вес 12 кубических футов пресной воды составляет около 750 фунтов. Когда кто-то говорит, что свинец тяжелее воды, они действительно пытаются сказать, что свинец тяжелее воды. плотнее воды. Они означают, что при одинаковом количестве свинца и воды свинец будет тяжелее. Массовая плотность — это физическая величина, которая связывает массу (или вес) вещества с его объемом. Массовая плотность определяется следующим образом.

Плотность веса определяется следующим образом.

Плотность и кристаллическая структура

Единицами массовой плотности Sl являются кг / м ³ , но есть несколько других общих единиц. Одна из наиболее часто используемых единиц массовой плотности — грамм на кубический сантиметр или г / куб. Это связано с тем, что чистая вода имеет массовую плотность 1 г / куб. Получается, что 1 мл жидкости равен 1 см3 объема. Таким образом, можно также выразить массовую плотность воды как 1 г / мл. Это делает воду полезным инструментом, поскольку для измерения объемов можно использовать градуированные цилиндры.Обратите внимание на следующие элементы и их плотность.

• Элемент	Атомный номер	Массовая плотность
  Осмий	76	22,7 г / куб. См
  Золото	79	19,3 г / куб. См
  Свинец	82	11.4 г / куб.см

Обратите внимание, что у осмия наименьший атомный номер, что означает, что в его ядре меньше всего протонов, но обратите внимание, что массовая плотность осмия самая большая. Так что, по-видимому, масса элемента не определяет его плотность. Если это так, то свинец должен иметь наибольшую массовую плотность из этих трех элементов.

Элементы в твердом состоянии имеют кристаллическую структуру. Чем плотнее атомы в этих структурах, тем большую массу будет содержать данный объем элемента.Другими словами, осмий имеет почти вдвое большую массу, упакованную в 1 кубический сантиметр пространства, чем свинец. Поскольку свинец является более массивным элементом, это может произойти только в том случае, если атомы осмия расположены ближе друг к другу в своей кристаллической структуре, чем свинец. Фактически, атомы осмия упакованы вместе более плотно, чем любой другой элемент.

Измерение массовой плотности

Предположим, вам нужно измерить массовую плотность необычного объекта. Скажите, что вы Архимед, и король Сиракуз попросил вас определить, сделал ли мастер корону из серебра, а не из золота.Чтобы ты делал? Если бы вы были Архимедом, вы бы изобрели процедуру! Первым делом нужно измерить объем короны, погрузив ее в воду. Количество вытесненной воды равно объему короны. Затем все, что вам нужно сделать, это взвесить корону и применить определение плотности массы. Давай попробуем!

Архимед погружает корону в ванну с водой и измеряет объем вытесненной воды примерно на 100 мл. Затем он взвешивает корону и обнаруживает, что ее масса составляет около 1050 г, или около 2 фунтов.Используя формулу для массовой плотности, он вычисляет следующее.

Затем вы сравните это с массовой плотностью золота, которая составляет 19,3 г / куб.

О, парень! У мастера сейчас настоящая беда! (На самом деле Архимед сделал это намного проще. Чтобы узнать, как это сделать, выберите ссылку «Архимед».)

Будет плавать или тонуть? Спросите Архимеда!

Из вашего чтения вы должны вспомнить принцип Архимеда, описанный ниже (Ostdiek and Bord 2018, 148).

Принцип Архимеда:

Выталкивающая сила, действующая на вещество, погруженное в покоящуюся жидкость, равна весу жидкости, вытесняемой этим веществом.

F _b = вес вытесненной жидкости

Как вы можете использовать массовую плотность объекта, чтобы определить, будет он тонуть или плавать? Просто сравните массовую плотность объекта с плотностью жидкости. Объект утонет, если он имеет большую массовую плотность. Давайте выясним, почему.

Условием плавания является то, что подъемная сила больше веса объекта.В форме уравнения это:

• To Float: вес объекта

Поскольку объем вытесненной жидкости совпадает с объемом объекта, это можно записать следующим образом.

• массовая плотность объекта × объем объекта		массовая плотность жидкости × объем объекта
  массовая плотность объекта		массовая плотность жидкости

ПРОЦЕДУРА

Этот эксперимент состоит из трех частей.

1

Откройте инструкции по эксперименту и рабочий лист.

2

После того, как вы внимательно прочтете инструкции и рабочий лист, откройте имитацию эксперимента, в которой вы будете проводить эксперимент и собирать свои данные.

3

Запишите свои данные в рабочий лист. (Он понадобится вам для задания лабораторного отчета в WebAssign.)

Авторские права © 2012-2013 Advanced Instructional Systems, Inc. и Авиационный университет Эмбри-Риддла | Кредиты

Плотность 5

БЕТА-ВЕРСИЯ, ПРЕКРАЩЕННАЯ ВЕРСИЯ — Для получения текущих версий материалов SciGen посетите веб-сайт serpmedia.org / scigen

Не только твердые вещества обладают плотностью. Плотность воды и воздуха тоже меняется. Плотность играет ключевую роль в определении того, будут ли объекты тонуть или плавать в жидкостях и газах.

Золото тонет в воде, потому что золото плотнее воды, а сосна плавает в воде, потому что сосна менее плотная, чем вода. Фактически, плотности различных веществ часто сравнивают с плотностью жидкой воды.

плотность золота> плотность воды> плотность сосны

• Вместе с напарником выясните, как бы вы объяснили второкласснику, почему золото тонет, а сосна плавает.

Плотность вещества обычно уменьшается с повышением температуры. Известное исключение из этого правила — вода.

Лед плавает в жидкой воде, поэтому лед должен быть менее плотным, чем жидкая вода. Лед вообще-то странный случай. Обычно вещества расширяются и становятся менее плотными, когда они теплее, и сжимаются и становятся более плотными, когда они холоднее. Например, жидкая вода комнатной температуры немного плотнее горячей.

Когда вода замерзает, она немного расширяется и становится менее плотной.Почему? Что ж, когда молекулы воды перестают скользить друг мимо друга и образуют твердый лед, они организуются таким образом, что фактически немного раздвигают их, так что на кубический сантиметр приходится меньше молекул. Белое пространство на этих иллюстрациях представляет собой пустое пространство:

Жидкая вода Твердый лед

Вода — одна из немногих вещей, которые мы видим в трех различных состояниях материи каждый день, и она ведет себя не так, как другие вещества.

Объект, помещенный в жидкость, будет плавать, если она менее плотная, чем жидкость, и тонуть, если она более плотная, чем жидкость.Помните, что жидкость может быть жидкостью или газом. Типичные случаи, которые мы видим вокруг себя, — это вещи, которые плавают или тонут в воздухе, и вещи, которые плавают или тонут в воде. Железо настолько плотно, что тонет в воде, тогда как гелий плавает в воздухе, потому что он менее плотен, чем воздух. Пробка менее плотная, чем вода, но более плотная, чем воздух, поэтому она плавает по воде, но не по воздуху.

Помните, плотность — это отношение массы к объему. Итак, на уровне частиц плотность вещества определяется двумя вещами: насколько массивными являются частицы вещества и насколько плотно упакованы или распределены эти частицы.Эти два аспекта плотности приводят к двум основным стратегиям создания работы летательных аппаратов.

Гелиевый дирижабль

Заполненные гелием дирижабли и воздушные шары парят в воздухе, удерживая большие объемы газов низкой плотности. В гелиевом дирижабле газ — это гелий (He). При той же температуре и давлении, что и окружающий воздух, у гелия столько же атомов, сколько молекул в окружающем воздухе. Но атомы гелия намного менее массивны, чем молекулы воздуха, поэтому гелий менее плотный.

Воздушный шар

В воздушном шаре воздух внутри шара имеет примерно те же типы молекул, что и окружающий воздух. По сравнению с атомами гелия, молекулы азота (N2) и кислорода (O2), составляющие большую часть воздуха как внутри, так и снаружи воздушного шара, довольно массивны. Но молекулы нагретого воздуха быстро движутся и разлетаются дальше. Многие из них выталкиваются из отверстия в нижней части воздушного шара, в результате чего горячий воздух внутри воздушного шара становится менее плотным, чем окружающий воздух.

Важно не только то, что находится внутри дирижабля или воздушного шара. Плотность воздуха на улице меняется в зависимости от погодных условий. Когда воздух холодный, он более плотный, потому что его молекулы находятся относительно близко друг к другу. Когда воздух нагревается, его молекулы движутся быстрее и расширяются, так что воздух становится менее плотным. Сравните две иллюстрации ниже. Один показывает дирижабль в более прохладном и плотном воздухе, а другой показывает тот же дирижабль в более теплом и менее плотном воздухе.

Дирижабль в охладителе, более плотный воздух

Дирижабль в более теплом и менее плотном воздухе

В обоих случаях гелий в дирижабле менее плотный, чем окружающий воздух. Но дирижабль в одном случае поднимется быстрее и будет плавать легче, чем в другом. Температура воздуха может повлиять на то, какой вес может поднять дирижабль — сколько пассажиров или сколько груза он может нести.

• Как вы думаете, дирижабль может нести больший вес в более прохладном или более теплом воздухе? Объяснять.

• И гелиевые дирижабли, и воздушные шары — это дирижабли, летающие в воздухе. Как подводные лодки и лодки плавают в водоеме? Ни один из них не использует пламя для подогрева воды, но есть сходство в том, как эти водные транспортные средства становятся и остаются плавучими.

  • Как плавают лодки? Почему они тонут?
  • Как плавают подводные лодки? Почему они тонут?
  • Подводная лодка больше похожа на дирижабль или воздушный шар?
  • Лодка больше похожа на дирижабль или воздушный шар?
  • Как заставить воздушный шар терять высоту?
• Некоторые куски мыла тонут, другие могут плавать в воде.Как твердый объект может плавать в жидкости? Если бы ваш плавающий кусок мыла был в пять раз больше, он все еще плавал бы или опустился бы на дно вашей ванны? Что, если бы у вас был кусок мыла размером с обеденный стол, сделанный из того же твердого плавающего мыла? Он утонет или поплывет? Почему?

Плотность

— Поглотитель и поплавок для твердых тел | Глава 3: Плотность

Тебе это нравится? Не это нравится? Пожалуйста, уделите время и поделитесь с нами своим мнением.Спасибо!

Урок 3.4

Ключевые понятия

• Плотность объекта определяет, будет ли он плавать или тонуть в другом веществе.
• Объект будет плавать, если он будет менее плотным, чем жидкость, в которую он помещен.
• Предмет тонет, если он более плотный, чем жидкость, в которую он помещен.

Резюме

Учащиеся исследуют восковую свечу и кусок глины, чтобы понять, почему свеча плавает, а глина тонет, даже если свеча тяжелее, чем кусок глины.Учащиеся обнаружат, что не вес объекта, а его плотность по сравнению с плотностью воды определяет, будет ли объект тонуть или плавать в воде.

Объектив

Учащиеся смогут определить, будет ли предмет тонуть или плавать, сравнивая его плотность с плотностью воды.

Оценка

Загрузите лист активности учащегося и раздайте по одному учащемуся, если это указано в задании. Лист упражнений будет служить компонентом «Оценить» каждого плана урока 5-E.

Безопасность

Убедитесь, что вы и ваши ученики носите правильно подогнанные очки.

материалов для каждой группы

• 2 чайные свечи в металлических контейнерах
• Глина
• Вода в стакане
• Весы малые
• Лента
• Капельница

Примечания к материалам

Для демонстрации требуются простые весы. Одним из наименее дорогих является Delta Education, наращиваемые весы (21 дюйм), продукт № 020-0452-595.Учащиеся могут использовать меньшую версию тех же весов, Delta Education, Primary Balance (12 дюймов), продукт № WW020-0452. Вам понадобятся чайные свечи для демонстрации и для каждой студенческой группы. Ищите свечи, в которых воск полностью заполняет металлическую емкость.

1. Проведите демонстрацию, чтобы показать, что воск тяжелее глины, но что воск плавает, а глина тонет.

   Материалы для демонстрации

   • 1 свеча для чая
   • Глина
   • Прозрачный пластиковый контейнер
   • Вода
   • Большой баланс

   Подготовка учителей

   • Возьмите достаточно небольшой кусок глины, чтобы быть уверенным, что свеча весит больше глины.
   • Налейте воду в прозрачный пластиковый контейнер (или большую чашку) примерно на ½.

   Процедура

   1. Поместите кусок глины, который весит меньше чайной свечи, на один конец весов.
   2. Выньте свечу из металлического контейнера и поместите свечу на другой конец весов.

   3. Спросите студентов, что тяжелее: глина или свеча. Попросите их угадать, кто утонет, а какой всплывет.Затем поместите глину и свечу в чистую емкость с водой.

   Ожидаемые результаты

   Хотя свеча весит больше глины, она плавает, а глина тонет.

2. Попросите учащихся сравнить плотность воды, воска и глины.

   Вопрос для расследования

   Почему более тяжелая свеча плавает, а более легкий кусок глины тонет?

   Материалы для каждой группы

   • 2 чайные свечи в металлических контейнерах
   • Глина
   • Вода в стакане
   • Весы малые
   • Лента
   • Капельница

   Процедура

   1. Сравните плотность воска и воды

      1. Сверните два куска ленты и приклейте их к центру чаши на каждом конце весов.
      2. Прикрепите каждую чайную свечу к ленте так, чтобы каждая свеча находилась в центре сковороды.
      3. Используйте фитиль, чтобы вытащить одну свечу из контейнера.

      4. Осторожно налейте воду в пустую металлическую емкость, пока она не наполнит емкость до того же уровня, что и свеча в другой емкости. Вы можете использовать пипетку, чтобы добавить последнюю каплю воды и предотвратить проливание. Цель состоит в том, чтобы сравнить массу равных объемов воска и воды.

   Ожидаемые результаты

   Вода имеет большую массу, чем равный объем воска. Итак, плотность воды должна быть больше плотности воска.

   Спросите студентов:

   Что весит больше: воск или равный объем воды?

   Вода весит больше, чем равный объем воска.

   Что плотнее, воск или вода?

   Вода более плотная.

   Если учащиеся не могут понять взаимосвязь между массой и плотностью равных объемов, предложите им подумать о демонстрации алюминиевых и медных кубов из главы 3, урок 1. У обоих был одинаковый объем, но медный куб весил больше. Поскольку медь имела большую массу, она также имела большую плотность.

   1. Сравните плотность глины и воды

      1. Убедитесь, что в центре каждой чаши весов есть кусок ленты.

      2. Наполните одну емкость глиной и поместите ее на ленту так, чтобы она оказалась в центре формы.

      3. Поместите пустую емкость на ленту на противоположном конце весов.
      4. Медленно и осторожно долейте воду в пустой контейнер до полного заполнения.

   Ожидаемые результаты

   Глина имеет большую массу, чем равный объем воды.Итак, плотность глины больше плотности воды.

   Спросите студентов:

   Что весит больше: глина или равный объем воды?

   Глина весит больше, чем равный объем воды.

   Что плотнее, глина или вода?

   Глина более плотная.

   Знание плотности объекта может помочь вам предсказать, утонет он или будет плавать в воде.Если объект плотнее воды, ожидаете ли вы, что он утонет или поплывет?

   Объекты более плотные, чем раковина.

   Если объект менее плотный, чем вода, вы ожидаете, что он утонет или поплывет?

   Объекты меньшей плотности, чем плавучая вода.

3. Сравните плотность воска, воды и глины на молекулярном уровне.

   Спроецируйте изображение Воск.

   Воск состоит из атомов углерода и водорода, соединенных вместе в длинные цепи. Эти длинные цепи переплетаются, переплетаются и упаковываются вместе, образуя воск.

   Спроецируйте изображение Вода.

   Хотя оба они имеют много атомов водорода, вода более плотная, чем воск, потому что кислород в воде тяжелее и меньше углерода в воске. Кроме того, длинные цепочки воска упаковываются не так эффективно, как небольшие молекулы воды.

   Проецировать изображение Глина.

   Глина имеет атомы кислорода, такие как вода, но также имеет более тяжелые атомы, такие как кремний и алюминий. Атомы кислорода связаны с кремнием и алюминием, образуя молекулы с большой массой. Они плотно прилегают друг к другу, что делает глина более плотной, чем вода.

4. Попросите учащихся объяснить в терминах плотности, почему плавает очень тяжелый объект, такой как большое бревно, и почему очень легкий объект, такой как крошечная песчинка, тонет.

   Спросите студентов:

   Гигантское бревно может плавать по озеру, а крошечная песчинка опускается на дно. Объясните, почему такой тяжелый предмет, как бревно, плавает, а очень легкая песчинка тонет.

   Ученики должны понимать, что бревно будет плавать, потому что древесина менее плотная, чем вода. Если вы можете взвесить большое количество воды того же объема, что и бревно, бревно будет весить меньше воды. Следовательно, бревно плавает.Песчинка утонет, потому что песок плотнее воды. Если бы вы могли взвесить небольшое количество воды, имеющее такой же объем, как песчинка, песок будет весить больше, чем вода. Следовательно, песок проседает.

   Ученики должны понимать, что если объект весит больше, чем равный объем воды, он более плотный и будет тонуть, а если он весит меньше, чем равный объем воды, он будет менее плотным и будет плавать.

   Помните, что плотность воды около 1 г / см ³ .Предскажите, утонут ли следующие объекты или будут плавать.

   Таблица 1. Плавучесть нескольких материалов.

   Объект	Плотность (г / см 3 )	Мойка или поплавок
   Пробка	0,2–0,3	Поплавок
   Якорь	7,8	Мойка
   Весло из ели	0.4	Поплавок
   Яблоко	0,9	Поплавок
   Оранжевый	0,84	Поплавок
   Апельсин без кожуры	1,16	Мойка

   Спросите студентов:

   Если персик имеет объем 130 см ³ и тонет в воде, что вы можете сказать о его массе?

   Его масса должна быть более 130 грамм.

   Если банан имеет массу 150 грамм и плавает в воде, что вы можете сказать о его объеме?

   Его объем должен быть более 150 см. ³ .

   Подробнее о погружении и плавании читайте в разделе фона учителя.

   Примечание. Студенты могут задаться вопросом, почему лодки, сделанные из плотного материала, такого как сталь, можно заставить плавать. Это хороший вопрос, и на него можно ответить несколькими способами. Ключом к пониманию этого явления является то, что плотность материала и плотность объекта, сделанного из этого материала, не обязательно одинаковы.Если положить в воду твердый шар или куб из стали, он тонет. Но если ту же самую сталь растолочь, сплющить и придать ей большую чашеобразную форму, общий объем чаши будет намного больше, чем объем стального куба. Масса стали такая же, но из-за большого увеличения объема плотность дежи меньше плотности воды, поэтому дежа плавает. По этой же причине стальной корабль может плавать. Материал имеет такую ​​форму, чтобы плотность корабля была меньше плотности воды.

Плотность воды

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

Плотность воды

Если вы еще учитесь в школе, вы, вероятно, слышали это утверждение на уроке естествознания: « Плотность — это масса на единицу объема вещества». На Земле вы можете считать, что масса равна весу, если это упрощает задачу.

Если вы еще не ходите в школу, вы, вероятно, забыли, что когда-либо слышали это.Определение плотности становится более понятным после небольшого пояснения. Пока объект состоит из молекул и, следовательно, имеет размер или массу, он имеет плотность. Плотность — это просто вес для выбранного количества (объема) материала. Обычная единица измерения плотности воды — грамм на миллилитр (1 г / мл) или 1 грамм на кубический сантиметр (1 г / см ³ ).

На самом деле, точная плотность воды на самом деле не 1 г / мл, а немного меньше (очень, очень немного меньше), при 0.9998395 г / мл при 4,0 ° Цельсия (39,2 ° Фаренгейта). Однако чаще всего вы увидите округленное значение 1 г / мл.

Плотность воды зависит от температуры

Расти со старшим братом было трудно, особенно когда к нему приходили друзья, потому что их любимым занятием было придумывать способы разозлить меня. Однако однажды мне удалось использовать плотность воды, чтобы хотя бы подшутить над ними. В один жаркий летний день они поднялись на огромный холм рядом с нашим домом, чтобы выкопать яму, чтобы спрятать свою коллекцию крышек от бутылок.Они захотели пить и заставили меня вернуться домой и принести им галлон воды. Этот галлон водопроводной воды при температуре 70 ° F весил 8,329 фунта, что было много для 70-фунтового ребенка, который поднялся на огромный холм.

Итак, когда они потребовали еще один галлон воды, я заглянул в «Интернет» того дня — энциклопедию — и обнаружил, что галлон воды при температуре кипения весил всего 7,996 фунтов! Я побежал на холм, неся свой галлон воды, который весил на 0,333 фунта меньше; и побежали вниз еще быстрее, их сердитые голоса стихли позади меня.

Источник: Министерство внутренних дел США, Бюро мелиорации, 1977, Руководство по грунтовым водам , из
Водная энциклопедия, третье издание, гидрологические данные и ресурсы Интернета, под редакцией Педро Фиерро-младшего.
и Эван К. Найлер, 2007 г.

Лед менее плотный, чем вода

Если вы посмотрите на это изображение, то увидите, что часть айсберга находится ниже уровня воды. Это не удивительно, но на самом деле почти весь объем айсберга находится ниже ватерлинии, а не над ней. Это связано с тем, что плотность льда меньше плотности жидкой воды. При замерзании плотность льда уменьшается примерно на 9 процентов.

Большая часть айсберга находится под поверхностью воды.

Лучший способ представить себе, как вода может иметь разную плотность, — это посмотреть на замерзшую форму воды.Лед на самом деле имеет совершенно другую структуру, чем жидкая вода, в том смысле, что молекулы выстраиваются в регулярную решетку, а не более хаотично, как в жидкой форме. Бывает, что структура решетки позволяет молекулам воды распространяться больше, чем в жидкости, и, таким образом, лед менее плотен, чем вода. И снова нам повезло: мы не услышали бы восхитительного звона кубиков льда о стенку стакана, если бы лед в нашем холодном чае опустился на дно. Плотность льда составляет около 90 процентов от плотности воды, но она может варьироваться, потому что лед также может содержать воздух.Это означает, что около 10 процентов кубика льда (или айсберга) будет выше ватерлинии.

Это свойство воды имеет решающее значение для всего живого на Земле. Поскольку вода с температурой около 4 ° C (39 ° F) более плотная, чем вода с температурой 32 ° F (0 ° C), в озерах и других водоемах более плотная вода опускается ниже менее плотной. Если бы вода была наиболее плотной в точке замерзания, то зимой очень холодная вода на поверхности озер тонула, озеро могло бы замерзнуть снизу вверх. И, поскольку вода является таким хорошим изолятором (из-за ее теплоемкости ), некоторые замерзшие озера летом могут не полностью оттаивать.

Реальное объяснение плотности воды на самом деле более сложно, поскольку плотность воды также зависит от количества растворенного в ней вещества. Вода в природе содержит минералы, газы, соли и даже пестициды и бактерии, некоторые из которых растворены. Чем больше материала растворяется в галлоне воды, тем больше этот галлон будет весить больше и быть более плотным — океанская вода плотнее чистой воды.

Тяжелые кубики льда опускаются на дно стакана с водой, а обычные кубики плавают.

Кредит: Майк Уокер

Мы сказали, что лед плавает по воде, но как насчет «тяжелого льда»?

Мы уже говорили, что лед плавает по воде, потому что он менее плотный, но лед особого вида может быть плотнее, чем обычная вода. «Тяжелый лед» на 10,6% плотнее обычной воды, потому что он состоит из «тяжелой воды». Тяжелая вода, D ₂ O вместо H ₂ O, представляет собой воду, в которой оба атома водорода заменены дейтерием, изотопом водорода, содержащим один протон и один нейтрон.Тяжелая вода действительно тяжелее обычной воды (которая в природе содержит крошечное количество молекул тяжелой воды), а тяжелый лед тонет в обычной воде.

Измерение плотности

Ареометр используется для измерения плотности жидкости.

Прибор для измерения плотности жидкости называется ареометром. Это один из простейших измерительных приборов для научных исследований, и вы даже можете сделать его самостоятельно из пластиковой соломки (см. Ссылки ниже).Однако чаще всего он сделан из стекла и очень похож на градусник. Он состоит из цилиндрического стержня и утяжеленной луковицы внизу, что позволяет ему парить в вертикальном положении. Ареометр осторожно опускают в измеряемую жидкость до тех пор, пока ареометр не будет свободно плавать. На устройстве есть вытравленные или отмеченные линии, чтобы пользователь мог видеть, насколько высоко или низко плывет ареометр. В менее плотных жидкостях ареометр будет плавать ниже, в то время как в более плотных жидкостях он будет плавать выше. Поскольку вода является «эталоном», по которому измеряются другие жидкости, отметка для воды, вероятно, обозначена как «1.000 «; следовательно, удельный вес воды при температуре около 4 ° C равен 1.000.

У гидрометров

есть много применений, не в последнюю очередь для измерения солености воды на уроках естествознания в школах. Они также используются в молочной промышленности для оценки жирности молока, поскольку молоко с более высоким содержанием жира будет менее плотным, чем молоко с низким содержанием жира. Ареометры часто используются людьми, которые делают пиво и вино в домашних условиях, так как они показывают, сколько сахара в жидкости, и позволяют пивовару узнать, как далеко продвинулся процесс брожения.

Сделайте свой ареометр:

Вы думаете, что хорошо разбираетесь в свойствах воды?
Пройдите наш интерактивный тест на определение истинных / ложных свойств воды и проверьте свои знания о воде.

Насколько тяжел ваш воздух?

Ключевые концепции
Физика
Химия
Плотность
Газ

Введение
Если вы когда-либо случайно отпускали воздушный шар, наполненный гелием, на открытом воздухе, значит, вы знаете, что некоторые газы менее плотны, чем другие.В случае вашего гелиевого шара он, скорее всего, уплыл, прежде чем вы смогли его поймать, потому что гелий намного легче (или менее плотен), чем воздух в нашей среде. Мы не часто думаем о газах, имеющих плотность — но они есть! В этом упражнении вы исследуете различные плотности некоторых обычных бытовых газов, включая воздух, который вы выдыхаете!

Фон
Все материалы, с которыми мы сталкиваемся ежедневно, от зубной пасты до наших обеденных тарелок, состоят из атомов разных типов.Атомы — это мельчайшие единицы вещества, сохраняющие свойства своего химического элемента. Тип и расположение этих разных атомов определяют различные характеристики всех твердых тел, жидкостей и газов в нашей среде.

Эти характеристики включают такие свойства, как плотность, масса и объем. Плотность объекта — это соотношение между его массой (весом) и его объемом (занимаемым пространством). Масса атомов объекта, их размер и расположение определяют его плотность.Если мы знаем массу и объем объекта, мы можем вычислить плотность, используя уравнение: плотность = масса / объем

Из этого уравнения мы также можем заметить, что если два объекта имеют одинаковый объем, но один весит больше, чем другой, то эти два объекта имеют разную плотность. Если у вас есть штамп из пластика, а другой штамп такого же размера из свинца, штамп из свинца будет тяжелее. Поскольку два кубика имеют одинаковый размер, мы знаем, что грифель плотнее пластика.

Различия в плотности связаны с размером атомов, а также с тем, насколько плотно они упакованы вместе. Атомы, составляющие металл, обычно тяжелее, чем атомы пластика, и более плотно упакованы друг с другом. В этом упражнении вы будете наблюдать плотность различных газов и то, как различия в плотности влияют на поведение объекта.

Материалы

• Yardstick
• Два шара
• Четыре столовые ложки пищевой соды
• Секундомер или таймер
• Одна чашка белого уксуса
• Чистая пластиковая бутылка объемом 16 унций для воды или газированной воды
• Маленькая пластиковая воронка (Если нет, используйте фольгу или пергаментную бумагу, чтобы сделать временную воронку.)
• Партнер в помощь
• Раковина
• Карандаш или ручка
• Лист бумаги

Препарат

• Создайте на листе бумаги таблицу из трех столбцов и трех строк.
• Обозначьте левый столбец: «Воздушный шар». Напишите: «Воздушный шар A» в среднем поле и «Воздушный шар B» в нижнем поле. Обозначьте средний столбец: «3-футовое падение»; Обозначьте правый столбец: «6-футовое падение».

Порядок действий

• Осторожно налейте уксус в бутылку с водой.
• Осторожно налейте пищевую соду в один из воздушных шариков с помощью воронки. Не завязывайте его закрытым. Держите его осторожно, чтобы не пролилась сода.
• Прикрепите баллон с пищевой содой к верхней части бутылки с водой. Не допускайте попадания пищевой соды в бутылку. Для этого возьмитесь за горлышко воздушного шара и встряхните пищевую соду до дна. Держите его так, пока вы аккуратно прикрываете верхнюю часть бутылки горлышком воздушного шара, не позволяя содержимому шарика упасть в бутылку.
• Убедитесь, что горловина баллона максимально полностью и надежно закрывает верхнюю часть бутылки.
• Поставьте бутылку в раковину. Обратите внимание на размер воздушного шара и внешний вид уксуса в бутылке.
• Осторожно наклоните баллон вертикально, чтобы сода разлилась в бутылку. Что происходит, когда пищевая сода контактирует с уксусом в бутылке? Меняется ли жидкость в бутылке? Что происходит с воздушным шаром? Как вы думаете, что заставляет воздушный шар менять форму?
• Когда реакция замедлится, вы можете осторожно встряхнуть бутылку и постучать по баллону, чтобы убедиться, что пищевая сода не застряла в баллоне или на стенках бутылки.
• Когда реакция завершится, попросите вашего партнера помочь вам вынуть баллон из баллона, не допуская выхода газа из баллона. Пока воздушный шар все еще прикреплен, попросите вашего партнера плотно сжать закрытый воздушный шар чуть выше того места, где его горлышко соприкасается с бутылкой. Держа воздушный шар закрытым, вы можете осторожно вынуть его из бутылки. (Не удивляйтесь, если при извлечении баллона из баллона выйдет струя газа!)
• Завяжите воздушный шар. Это «Воздушный шар А.”
• Возьмите второй воздушный шар, надуйте его до того же размера, что и воздушный шар A, и свяжите его. Этот второй воздушный шар называется «Воздушный шар Б.».
• Пусть ваш партнер держит мерку вертикально, упираясь концом в пол. Они также должны держать ваш секундомер или таймер.
• Встаньте рядом с партнером и держите воздушный шар A наверху мерила так, чтобы он находился ровно в трех футах от пола.
• Бросьте воздушный шар, и в то же время ваш партнер запустит таймер.
• Обратите внимание, сколько времени требуется воздушному шару, чтобы упасть на землю. Запишите это время в свою таблицу.
• Повторите шаги падения воздушного шара с воздушным шаром B. Какой воздушный шар опускался на землю дольше?
• Попросите вашего партнера измерить меркой шесть футов от земли. (Будет проще, если вы сделаете это у стены.)
• Повторите шаги падения воздушного шара, сбрасывая каждый шарик с шести футов. Запишите свои результаты в таблицу.
• Дополнительно: Проверьте максимальное расстояние, на которое вы можете бросить каждый воздушный шар. Один бросить легче, чем другой? Как вы думаете, почему?

Наблюдения и результаты
В этом упражнении вы создали углекислый газ (CO2), объединив пищевую соду и уксус. Оба они известны как реагенты в этой реакции, потому что они претерпевают изменения, принимая участие в реакции. Уксус слабокислый, тогда как пищевая сода является бикарбонатом. Когда они объединяются, протекает двухступенчатая реакция.Первая стадия реакции — это кислотно-основная реакция, а вторая стадия — реакция разложения. По завершении обоих этапов конечными продуктами являются CO2 и вода (h3O). Когда вы добавили пищевую соду в уксус, вы должны были наблюдать пузырьки и пену в бутылке. Это был газ CO2, который производился и выпускался. Однако в результате реакции образовалось слишком много CO2, чтобы его вместила бутылка. В результате углекислый газ улетучился в баллон А, и баллон расширился. После того, как вся пищевая сода смешалась с уксусом, содержимое бутылки превратилось в CO2 и h3O.Когда реагировать было нечего, реакция прекратилась.

Следующим шагом в этом упражнении было измерение скорости падения двух разных воздушных шаров на землю. Как вы знаете, воздушный шар A содержал CO2 из реакции пищевой соды и уксуса. Напротив, воздушный шар B содержал воздух, который вы выдыхали, надувая его. Воздух, который мы выдыхаем, в основном состоит из азота и кислорода и лишь на 4–5 процентов углекислого газа. Следовательно, вы измеряли, падает ли в основном чистый углекислый газ в воздушном шаре A быстрее, чем газообразный азот и кислород в шаре B.

Вы должны были обнаружить, что воздушный шар A падает на землю быстрее, чем воздушный шар B. Вы, вероятно, заметили, что воздушный шар B столкнулся с большим сопротивлением воздуха на пути к полу. Путь воздушного шара B мог быть не прямым, вместо этого воздушный шар мог плавать вокруг, когда он падал. Поскольку оба шара были одинакового размера (или объема), но один упал быстрее, чем другой, наши результаты говорят нам, что газ CO2 в воздушном шаре A более плотный, чем комбинация газов, обнаруженная в воздушном шаре B.

Больше для изучения
Наука: наблюдайте за объектами в свободном падении, от Scientific American
Может ли вода плавать на воде? от Science Buddies
Укладка жидкостей в стопку, от Scientific American
Научная деятельность для всех возрастов! от приятелей науки

Эта деятельность предоставлена ​​вам в сотрудничестве с Science Buddies

.