Плотность воды в чем измеряется: Плотномеры портативные, лабораторные, стационарные — АВЕРС Восток

Плотность воды в чем измеряется: Плотномеры портативные, лабораторные, стационарные — АВЕРС Восток

Содержание

Плотность. Понятия и методы ее измерения


Один из самых важных контролируемых показателей при производстве косметики и производстве БАД – плотность. В зависимости от производимого продукта специалисты компании «КоролёвФарм» используют несколько понятий и определений плотности.


Более чёткое определение понятия плотности требует уточнения формулировки этого термина:


  • Средняя плотность тела — отношение массы тела к его объёму. Для однородных тел она имеет называние просто плотности тела.

  • Плотность вещества — это плотность указанных тел, которые состоят из этого же вещества.

  • Плотность тела в точке — это предел отношения массы малой части тела (m), содержащей эту точку, к объёму этой малой части (V), когда этот объём стремится к нулю, или, записывая кратко .


При таком предельном переходе необходимо учитывать, что на атомарном уровне любое тело является неоднородным, в связи с чем необходимо остановиться на том объёме, который применяется для соответствующей используемой физической модели.


  • Насыпная плотность — под насыпной плотностью различных сыпучих материалов (сахар, лактоза, крахмал и т.д.) понимают количество этого порошка (сыпучего продукта), которое находится в свободно засыпанном состоянии в определённой единице объема.

  • Относительная плотность – является отношением двух понятий, т.е. терминов, и может рассматриваться как отношение объёмной, то есть насыпной плотности, к истинной плотности.


Плотность продукции является важным параметром при изготовлении косметической продукции, так как она влияет на внешний вид продукта, его органолептические свойства, вес и стоимость готовой продукции. Очень важно учитывать плотность продукта при фасовке изготовленной продукции во флаконы, тубы, банки и так далее.


Например, плотность кремов — меньше единицы. Как правило, плотность крема находиться в пределах 0,96 – 0,98 г/см3. В соответствии с проведёнными испытаниями при плотности 0,96 и объеме 50 мл масса крема составит 48 г, а при плотности 0,98 масса увеличивается уже до 49 г.


Плотность шампуней, наоборот, больше или равна единице, она находиться в пределах 1,0 — 1,04 г/см3. Исследования показывают, что при плотности 1,0 и объеме 100 мл масса шампуня в упаковке составит 100 г, а при плотности 1,04 уже 104 г.


Как уже говорилось, плотность определяется как отношение массы тела к занимаемому объёму. Поэтому, числовые значения плотности вещества показывают массу принятой или указанной единицы объема этого вещества. Как видно из приведённого примера, плотность металла, в данном случае чугуна, 7 кг/дм3. Получается, что 1 дм3 чугуна имеет массу 7 кг. Сравниваем плотность водопроводной воды – 1 кг/л. Из этого примера следует, что масса 1 л водопроводной воды равна 1 кг. Один и тот же объём разной субстанции или вещества имеют различный вес.
Известно, что при снижении температуры плотность тел увеличивается.


Существует два основных метода определения плотности вещества: ареометрический и пикнометрический. Для измерения плотности различных жидкостей используется ареометр, а для измерения плотности кремов, бальзамов, гелей, зубных паст используется пикнометр.


На основании измеренной плотности косметической продукции по согласованным на предприятии таблицам «Пределы допускаемых отклонений содержимого нетто от номинального количества» в соответствии с ГОСТ 8.579-2002 «Требования к количеству фасованных товаров в упаковке любого вида при их производстве, расфасовке, продаже и импорте» определяются пределы допустимых отклонений содержимого нетто продукта от номинального значения.


Ареометр — прибор, которым пользуются для измерения плотности различных жидкостей и жидких субстанций. Как правило, он представляет собой стеклянную трубку, нижняя часть которой значительно расширена в диаметре. При калибровке расширенная часть заполняется дробью или ртутью, которые используются для достижения заданной массы. В верхней части ареометра находится проградуированная шкала в определенных соответствующих значениях плотности. Поскольку плотность жидкостей и жидких субстанций весьма значительно зависит от температуры, поэтому ареометр или снабжают термометром, или производят одновременное измерение температуры жидкости другим термометром.


Для проведения процедуры измерения плотности жидкой субстанции или жидкости чистый ареометр осторожно помещают в достаточного объема мерную мензурку с жидкостью, но таким образом, чтобы ареометр свободно плавал в ней. Значения плотности определяют по шкале ареометра находящейся на нижнем крае мениска жидкости.


В физике Ареометром называют прибор, служащий для определения значения плотности и, следовательно, определения удельного веса тел.


Историки науки считают, что ареометр как прибор для проведения измерений изобрела Гипатия – знаменитая женщина-ученый, астроном, математик и философ, глава Александрийской школы неоплатонизма. Благодаря её научной деятельности были изобретены или усовершенствованы и другие приборы: дистиллятор, астролябия и планисфера.


Устройство современных ареометров, как и ареометров, применяемых в древности, основано на известном гидростатическом законе — законе Архимеда, Как известно из школы младших классов, закон Архимеда гласит, что каждое тело плавает в жидкости и погружается настолько глубоко в нее, что вес вытесненной этим телом жидкости равен весу всего тела, плавающего в этой жидкости.


Интересные обстоятельства предшествовали открытию закона Архимеда, который прославил ученого на все времена. «Эврика!», – восклицает каждый, находя решение трудной задачи, а ведь этому предшествует целая история.


Архимед служил при дворе Гиерона II – тирана Сиракуз, который правил в 270-215 годах до нашей эры, а с 269 года до нашей эры носил титул царя. Гиерон слыл коварным, жадным и подозрительным правителем.


Он подозревал своих ювелиров в том, что при изготовлении золотых изделий они подмешивают в золото серебро или хуже того олово к благородному металлу, что и послужило причиной открытия одного из физических законов. Он поручил Архимеду изобличить мастеров-ювелиров, так как он был уверен, что при изготовлении для него короны ювелиры украли золото.


Для решения этой сложной задачи необходимо знать не только массу, но и определить объём изготовленной короны, а это было самым сложным, чтобы в дальнейшем вычислить плотность металла. Корона имеет сложную и неправильную геометрическую форму, определить её объём — очень не простая задача, над решением которой долгое время размышлял Архимед.


Решение было найдено Архимедом оригинальным способом, когда он погружался в ванну – уровень воды резко поднялся, после того когда он погрузился в воду. Тело учёного вытеснило равный ему объём воды. «Эврика!» — воскликнул Архимед и побежал во дворец, как утверждает легенда, не одевшись. Дальше всё было просто. Он погрузил корону в воду, измерил объём вытесненной жидкости и таким образом определил объём короны.


Благодаря этому Архимедом и был открыт принцип или, как его ещё называют, закон плавучести. Твердое тело, погружённое в жидкость, вытеснит объем жидкости, равный объему погруженного в жидкость тела. В воде может плавать любое тело, если его средняя плотность меньше плотности той жидкости, в которую его поместили.


Закон Архимеда гласит: на всякое тело, которое погружено в жидкость или в газ, действуют выталкивающие силы, направленные вверх и равные весу вытесненной им жидкости или газа.
До настоящего времени человечество успешно применяет знания, полученные от далёких предков во многих областях своей деятельности, в том числе и при производстве косметики.


Как уже говорилось, для измерения плотности используется также пикнометр. Измерение плотности с помощью пикнометра проводят следующим образом.


Перед испытанием необходимо промыть пикнометр последовательно растворителем для удаления следов испытуемого вещества, затем хромовой смесью, водой, спиртом, эфиром, затем высушить до постоянной массы и взвесить (результат взвешивания записывают в граммах с точностью до четвертого десятичного знака).


Пикнометр заполняется с помощью воронки или пипетки дистиллированной водой немного выше метки, закрывается пробкой и помещается на 20 минут в термостат с температурой (20 ±0,1)°С.


При достижении температуры (20 ±0,1)°С, необходимо довести уровень воды в пикнометре до метки, быстро отбирая излишек воды при помощи пипетки или свернутой в трубку полоски фильтровальной бумаги или, добавляя водой до метки, закрыть пикнометр пробкой и поместить пикнометр в термостат с температурой (20 ±0,1) °С на 10 минут.


Вынуть пикнометр из термостата, взвесить, освободить от воды, высушить его и заполнить пикнометр испытуемой жидкостью и термостатировать.


Вычислите плотность ( ) в г/см3 по формуле:

где: m1 – масса пикнометра с испытуемой жидкостью, г;
m0 – масса пустого пикнометра, г;
m2 — масса пикнометра с водой, г;
А – поправка на аэростатические силы, вычисляется по формуле:



А= 0,0012 х V.


где: V – объем пикнометра, см3;
0,0012 – плотность воздуха при 200С, г/см3;
0,9982 – плотность воды при 200С, г/см3;
     


На фирме «КоролевФарм» для измерения плотности косметических изделий, имеющих густую консистенцию (эмульсии, крем-гели, гели, бальзамы и т.п.), используется экспресс-метод. Суть его заключается в том, что для проведения испытаний используется калиброванный шприц.


Для определения плотности взвесьте пустой шприц (результат взвешивания записывают в граммах с точностью до второго десятичного знака), наполните шприц дистиллированной водой до максимальной метки, затем тщательно вытрите поверхность шприца и произведите повторное взвешивание.


Объем (V) шприца определите по формуле:

где: m1 – масса шприца с водой (г), m0 — масса пустого шприца (г), 0,9982 — плотность воды при 200С, г/см3;


Снова взвесьте пустой шприц (результат взвешивания записывают в граммах с точностью до второго десятичного знака), заполните шприц косметической массой до максимальной метки, не допуская попадания пузырьков воздуха.


Тщательно вытрите поверхность шприца и произведите его повторное взвешивание.


Плотность ( ) в г/см3 вычислите по формуле:

Где, m1 – масса шприца с косметическим средством (г), m0 — масса пустого шприца (г), V – объем шприца (см3)


За результат испытания принимают среднеарифметическое результатов двух параллельных определений, расхождение между которыми не превышает 0,01 г/см3.
Этот метод позволяет быстро определить плотность изготовленного косметического продукта.

Плотность воды в зависимости от температуры: значение и способы измерения

Среди многих показателей качества воды большую практическую ценность представляет величина ее плотности, косвенно информирующая об общей минерализации, жесткости, других потребительских свойствах.

Плотность воды определяется массой заданной единицы объема. Согласно международной системе, она должна измеряться в кг/м3, хотя в повседневной практике часто бывает представлена в г/мл.

Не забудь поделиться с друзьями!

Содержание статьи

Как оценивается показатель

Вода, так же как все другие химические вещества, может находиться в различных агрегатных формах, количественные характеристики каждой из них имеют большое значение. Чаще всего возникает потребность в определении плотности воды в жидком состоянии. Проводить измерение можно с помощью следующих устройств и приспособлений:

  • ареометр;
  • специальный стеклянный сосуд – пикнометр.

Оба метода известны со времен зарождения научных исследований, правомерность использования и точность полученных значений как для пресной, так и для морской воды доказана многолетней общемировой практикой. Измерения позволяют оценить качество водной продукции, поступающей из центральных городских сетей, колодцев, скважин, выявить ее соответствие санитарным нормам. Плотность соленой воды морей – важная информация для экологов, океанологов, гидробиологов и кораблестроителей.

Быстрее и проще узнать значение плотности с помощью ареометра, который представляет собой поплавок с градуированной шкалой в верхней части. Его нужно поместить в жидкость, налитую в высокий стеклянный сосуд, например в мерный цилиндр, так, чтобы он свободно плавал, не прикасаясь к стенкам. Ареометр всплывет на некоторую высоту, после чего нужно записать значение шкалы, на уровне которого находится нижний край мениска.

Можно определить плотность воды, любой другой жидкости с помощью пикнометра. Так называется маленький сосуд со строго определенным объемом. Его нужно взвесить пустым, затем – с дистиллятом. На последнем этапе определить вес контрольной пробы. На основании трех полученных цифр проводят расчеты по формуле и получают конечный результат.

Зависимость от температуры

Все измерения нужно проводить при стандартной комнатной температуре, потому что в горячем и холодном состоянии значения будут другими, не равными, а различными, Если возникла потребность в проведении нестандартных определений, нужно измерить температуру, затем плотность и по таблице получить показания, соответствующие нормальным условиям.

Плотность воды находится в заметной зависимости от температуры, например разница между значениями, измеренными при 18 и при 20 ℃, составляет 0,4 кг/м3.

Обратите внимание! Специфическая особенность воды заключается в том, что максимальной плотностью, равной 1000 кг/м3, она обладает при 4 ℃.

При охлаждении плотность немного понижается, и при нагревании также происходит ее постепенное понижение. В этом вода отличается от всех других веществ, которые при охлаждении становятся плотнее.

Феномен объясняется способностью полярных водных молекул образовывать конгломераты, которые иногда называют ассоциатами или кластерами. В зависимости от величины этих образований, их пространственной формы, наличия воздушных полостей между группами масса стандартной единицы объема имеет разные значения.

В агрегатном состоянии пара все молекулы находятся на большом расстоянии друг от друга, притягиваться не могут, поэтому значения плотности маленькие. Уменьшение плотности при нагревании происходит постепенно, например при 60 ℃ показатель равен 983,2 кг/м3, а при 100 °С – 958,4 кг/м3.

При замерзании, еще до образования льда, кластеры приобретают форму, содержащую большое количество воздушных полостей, что объясняет также понижение значения плотности. Кстати, по этой причине лед плавает на поверхности северных морей и океанов. Если бы он имел большую плотность, айсберги постепенно оседали бы в виде ледяных пластов на дно, заполняя акваторию по всей глубине, не оставляя шансов на выживание морским рыбам и млекопитающим этих климатических зон.

Плотность морской воды

Моря и океаны имеют разные донные породы, прибрежное геологическое окружение, что приводит к отличиям в составе и плотности воды. В среднем принято считать, что концентрация солей в морях составляет около 35 г/л. Понятно, что значение очень усреднено, в Красном море показатель гораздо выше, в Средиземном – несколько ниже.

Независимо от колебаний в массовой доле солей, водная морская среда всегда имеет повышенную минерализацию, соответственно, увеличенную массу одной стандартной единицы объема по сравнению с дистиллятом.

Значения плотности воды морей и океанов варьируются в большом интервале, минимум которого равен 1010 кг/м3, максимум – 1030 кг/м3. Следовательно, темные волны зимних морей и океанов не случайно производят мощное впечатление, каждый кубометр холодной воды имеет действительно большую массу.

Плотность — Физика

Для обозначения плотности обычно используется символ  (ро).Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму или площади (поверхностная плотность).

Более точное определение плотности требует уточнение формулировки:

  • Средняя плотность тела — отношение массы тела к его объёму. Для однородного тела она также называется просто плотностью тела.
  • Плотность вещества — это плотность тел, состоящих из этого вещества.
  • Плотность тела в точке — это предел отношения массы малой части тела (), содержащей эту точку, к объёму этой малой части (), когда этот объём стремится к нулю[1], или, записывая кратко, . При таком предельном переходе необходимо помнить, что на атомарном уровне любое тело неоднородно, поэтому необходимо остановиться на объёме, соответствующем используемой физической модели.

Виды плотности и единицы измерения

Исходя из определения плотности, её размерность кг/м³ в системе СИ и в г/см³ в системе СГС.

Для сыпучих и пористых тел различают:

  • истинную плотность, определяемую без учёта пустот;
  • удельную (кажущуюся) плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму.

Истинную плотность из кажущейся получают с помощью величины коэффициента пористости — доли объёма пустот в занимаемом объёме.

Формула нахождения плотности

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.

  • При вычислении плотности газов эта формула может быть записана и в виде:
где М — молярная масса газа,  — молярный объём (при нормальных условиях равен 22,4 л/моль).

Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, германий и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при переходе в твердую фазу уменьшается.

О плотности и крепости пива

Плотность пива – это основная характеристика для этого хмельного напитка. Зачастую потребители при выборе сорта отводят ей второстепенную роль. Но искушенные ценители знают, что этот показатель напрямую влияет на вкус и крепость напитка. Начальная плотность пива по-другому называется экстрактивностью начального сусла. Эта величина показывает, сколько сухих веществ в процентном соотношении к воде содержится в сусле. Большая часть сухих веществ — это различные сахара, которые были получены из солода в процессе создания сусла. Сахара — пища для дрожжей, которые производят из них алкоголь и углекислоту. Таким образом плотность сусла показывает, насколько крепкое пиво мы сможем потенциально сбродить. К примеру, из сусла с плотностью 15% обычно получается пиво крепостью 4,5-5,5%. А те сахара, что не были поглощены дрожжами, формируют конечную плотность пива: от нее зависит «тело» напитка, то, насколько «весомым» он ощущается во рту, насколько он будет сладок. К примеру, конечная плотность обычных лагеров – 10-12%, ведь им нужно быть питкими и легкими. А имперские стауты с начальной плотностью в 30% и выше могут иметь конечную плотность в 12-20% — поэтому они получаются «тяжелыми» и сладкими.

При производстве плотность пива и вес продукта в разных странах мира измеряется при помощи разных метрических систем. В большей части Европы, в том числе и России, а также в США она определяется по шкале ареометра. Этот прибор указывает процент содержания сахара в жидкости. В Англии и странах, исторически с ней связанных, используется гидрометр. Шкала этого прибора определяет плотность любой жидкости по отношению к воде, чья плотность принята за 1. Это стандартная величина. Плотность пива и воды выражается в значении выше 1. И чем оно больше, тем крепче напиток. Плотность всегда измеряется дважды – перед брожением в начальном сусле и после ферментации. Некоторые сорта изготавливаются из концентрированного сусла с высокой начальной плотностью. В этом случае этот показатель по окончании процесса брожения может быть ещё более высоким, но при этом не наблюдается сладкого привкуса.

А вот цвет пива никак не влияет на плотность, поэтому любое пенное может быть как легким, так и крепким. Например, американские пивоварни часто варят сорта с минимальной плотностью, чтобы напиток получился максимально воздушным. О таком в народе часто говорят, что оно «легко пьется», отлично освежает в жаркие дни, конечно, если пить его охлажденным. В темном же пиве с четким и насыщенным вкусом плотность обычно держится на уровне 12-20%. Не редко ценители приходят к темным разновидностям напитка уже после светлых, так как поначалу такое пиво может показаться излишне горьким. Однако этим сортам свойственно постепенное раскрытие вкуса, а также сопутствующие этому ароматы хлеба, шоколада, кофе и даже фруктов, что способно доставить пивным гурманам особое, ни с чем несравнимое удовольствие.

Российские пивовары уже давно стали работать с разными концепциями и рецептурами приготовления пенного, не останавливаясь на каком-то одном сорте или плотности, чтобы полнее раскрыть палитру пивных вкусов. Вместе с тем мастера всегда оставались внимательны к деталям и соблюдению технологии производства, обеспечивали неизменно высокое качество продукции. Благодаря этому сегодня потребители всегда могут выбрать подходящее для себя отечественное пиво, отвечающее мировым стандартам пивоварения и обладающее соответствующим выбранному сорту замечательным вкусом.

И помните, пиво нужно пить в хорошей компании, наслаждаясь каждым глотком, а не количеством. Только так можно по-настоящему распробовать этот напиток и полноценно оценить вкус пенного.

Плотность теплоносителя

ноябрь, 2017г.

ЧТО ТАКОЕ ПЛОТНОСТЬ

Плотность — одна из основных характеристик теплоносителя (хладоносителя, антифриза).

Плотность равна отношению массы тела к его объёму.

В физике плотность обозначают греческой буквой ρ (ро).

Плотность = масса/объём ρ=m/V, где m — масса, V — объём.

При измерении плотности жидкости используют единицу плотности г/см3 ( кг/м3).

Очевидно, что плотность жидкости зависит от ее температуры: при понижении температуры объем жидкости уменьшается, следовательно, ее плотность – повышается. И наоборот.

В Украине принято оперировать плотностями жидкостей при +200С.

Плотности воды и гликолей при +200С, г/см3 (Краткий справочник по химии):

— вода – 1,00

— пропиленгликоль – 1,04

— этиленгликоль – 1,11

— глицерин – 1,26

Очевидно, что плотность водных растворов гликолей больше 1,00 г/см3 и тем выше, чем больше концентрация гликоля. Ингибиторы коррозии и другие функциональные добавки еще больше повышают плотность теплоносителя.

ЧЕМ ИЗМЕРЯЮТ ПЛОТНОСТЬ

фото 1

В современных лабораториях плотность жидкости может измеряться высокоточным электронным плотномером. Однако наиболее простой и доступный прибор – ареометр (фото 1).

фото 2

Ареометр представляет собой стеклянную трубку, нижняя часть которой заполнена дробью. На верхней узкой части нанесена шкала, которая проградуирована в значениях плотности. Для измерения плотности жидкости ареометр помещается в сосуд с этой жидкостью так, чтобы он свободно плавал в нем. Значения плотности считываются по шкале ареометра, по нижнему краю мениска жидкости (фото 2).

МОЖНО ЛИ ПО ПЛОТНОСТИ ОПРЕДЕЛИТЬ ТЕМПЕРАТУРУ ЗАМЕРЗАНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Плотность теплоносителя и его температура кристаллизации – вещи безусловно связанные. Чем выше плотность антифриза, тем больше концентрация гликоля в нем и тем ниже его температура кристаллизации.

В различных источниках можно увидеть таблицы соответствия температуры кристаллизации определенной плотности. Например:

пропиленгликоль 40%

1,032

-20

пропиленгликоль 45%

1,035

-26

Предположим, монтажник на объекте отобрал из контура образец жидкости, померял его плотность и получил значение 1,035 г/см3. Затем посмотрел в таблицу и решил, что у него залит раствор пропиленгликоля 45% и жидкость не замерзнет до -260С.

Возможны следующие варианты, при которых выводы монтажника были неправильными:

фото 3

  1. В контуре залит раствор этиленгликоля 28% с плотностью 1,035 г/см3, и его температура начала кристаллизации – около -120С.
  1. В контуре залит раствор глицерина 15%, его плотность 1,035 г/см3 , а температура начала кристаллизации – около -30С.
  1. В контуре залит раствор пропиленгликоля 40%. Монтажник померял его плотность при температуре +120С (а не +200С) и она составила 1,035 г/см3. Таким образом, теплоноситель в контуре сможет циркулировать лишь до -200С, а не до -260С.

Мы рассмотрели некоторые примеры ошибочных выводов, из которых становится очевидным, что использовать аналитические зависимости можно только тогда, когда абсолютно точно известен состав исследуемого продукта.

Так же часто, как разнообразные таблицы, упоминаются ареометры или градусники для автомобильного тосола. Считается, что с их помощью можно определить температуру кристаллизации охлаждающей жидкости (фото 3).

По внешнему виду приспособления понятно, что это – ареометр и измеряет он не что иное, как плотность жидкости в г/см3. Производитель приспособления назначил соответствие продукту определенной плотности определенную температуру кристаллизации и нарисовал вместо шкалы плотности температурную шкалу. По сути, та же таблица «плотность – температура кристаллизации». Только неизвестно, какой продукт принят за эталон. Видимо, подобный градусник может показать ориентировочные значения для охлаждающих жидкостей (хладоносителей, антифризов) на основе этиленгликоля. Хотя все, что было изложено в предыдущем примере, верно и для данного приспособления.

Вывод, который следует сделать из всего вышеизложенного:

ПЛОТНОСТЬ – важная характеристика теплоносителя (хладоносителя, антифриза), но не единственная. Качество теплоносителя определяет общепринятая система показателей. Кроме плотности в нее входят:

— внешний вид;

— температура начала кристаллизации;

— рН;

— щелочность;

— фракционный состав;

— вспенивание;

— коррозионное воздействие на металлы;

— набухание резины.

Условия плавания тел в жидкости — определение, примеры

Сила: что это за величина

Перед тем, как разобраться в процессе плавания тел, нужно понять, что такое сила.

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причина любого действия или взаимодействия — ее величество сила.

  • Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел.

Она измеряется в Ньютонах — единице измерения, которую назвали в честь Исаака Ньютона.

Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В этом случае результат выражается в направлении движения.

Закон Архимеда

Этот закон известен преимущественно не своей формулировкой, а историей его возникновения.

Легенда гласит, что царь Герон II попросил Архимеда определить, из чистого ли золота сделана его корона, при этом, не причиняя вреда самой короне. То есть, нельзя ее расплавить или в чем-нибудь растворить.

Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно было определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото.3]

Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. И тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему.

Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый закричал «Эврика!» и побежал докладывать о своей победе в царский дворец (по легенде он даже не оделся).

Закон Архимеда

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна по модулю весу вытесненной жидкости и противоположно ему направлена.

На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость или газ, действуют силы давления. Эти силы увеличиваются с глубиной погружения, и на нижнюю часть тела будет действовать со стороны жидкости большая сила, чем на верхнюю.2

А теперь давайте порешаем задачки.

Задача 1

В сосуд погружены три железных шарика равных объемов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? (Плотность жидкости вследствие ничтожно малой сжимаемости на любой глубине считать примерно одинаковой).

Решение:

Да, так как объемы одинаковы, а архимедова сила зависит от объема погруженной части тела, а не от глубины.

Задача 2

На поверхности воды плавают бруски из дерева, пробки и льда. Укажите, какой брусок из пробки, а какой изо льда? Какая существует зависимость между плотностью тела и объемом этого тела над водой?

Решение:

Чем меньше плотность тела, тем большая часть его находится над водой. Дерево плотнее пробки, а лед плотнее дерева. Значит изо льда — материал №1, а из пробки — №3.

Задача 3

На графике показана зависимость модуля силы Архимеда FАрх, действующей на медленно погружаемый в жидкость кубик, от глубины погружения x. Длина ребра кубика равна 10 см, его нижнее основание всё время параллельно поверхности жидкости. Определите плотность жидкости. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.

Решение:

Сила Архимеда, действующая на кубик равна FАрх = ρж * g * Vпогр

V — объём погруженной части кубика,

ρ — плотность жидкости.

Учитывая, что нижнее основание кубика всё время параллельно поверхности жидкости, можем записать:

FАрх = ρж * g * Vпогр = ρж * g * a2 * x

а — длина стороны кубика.

Выразим плотность:

ρ = FАрх / (g * a2 * x)

Рассматривая любую точку данного графика, получим:

ρ = FАрх / (g * a2 * x) = 20,25 / (10 * 7,5 * 10-2) = 2700 кг/м3

Ответ: плотность жидкости равна 2700 кг/м3

Задача 4

В сосуде с водой, не касаясь стенок и дна, плавает деревянный кубик с длиной ребра 20 см. Кубик вынимают из воды, заменяют половину его объёма на материал, плотность которого в 6 раз больше плотности древесины, и помещают получившийся составной кубик обратно в сосуд с водой. На сколько увеличится модуль силы Архимеда, действующей на кубик? (Плотность сосны — 400 кг/м3.)

Решение:

В первом случае кубик плавает в воде, а это значит, что сила тяжести уравновешивается силой Архимеда:

FАрх1 = mg = ρт * g * a3 = 400 * 0,23 * 10 = 32 Н

После замены части кубика его средняя плотность станет равной

0,5 * 400 + 0,5 * 2400 = 1400 кг/м3

Получившаяся плотность больше плотности воды = 100 кг/м3. Это значит, что во втором случае кубик полностью погрузится в воду. Сила Архимеда в этом случае будет равна:

FАрх2 = ρт * g * Vт = 1000 * 10 * 0,23 = 80 Н

Отсюда получаем, что сила Архимеда увеличится на 48 Н.

Ответ: сила Архимеда увеличится 48 Н

Плавание тел

Из закона Архимеда есть следствия об условиях плавания тел.

Условия плавания тел

Погружение

Плавание внутри жидкости

Плавание на поверхности жидкости

ρжт

Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдёт на дно

ρж = ρт

Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.

ρжт

Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Почему корабли не тонут?

Корабль сделан из металла, плотность которого больше плотности воды. И, по идее, он должен тонуть. Но дело в том, что корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Если корабль получит пробоину, то пространство внутри заполнится водой — следовательно, общая плотность корабля увеличится. Судно утонет.

В подводных лодках есть специальные резервуары, заполняемые водой или сжатым воздухом. Если нужно уйти на глубину — водой, если подняться — сжатым воздухом. Рыбы используют такой же принцип в плавательном пузыре — наполняют его воздухом, чтобы подняться наверх.

Человеку, чтобы не утонуть, тоже достаточно набрать в легкие воздух и не двигаться — вода будет выталкивать тело на поверхность. Именно поэтому важно не тратить силы и кислород в легких на панику и борьбу, а расслабиться и позволить физическим законам сделать все за нас.

Плотность воды как обозначается — Клуб строителей

Плотность
ρ = m V <displaystyle
ho =<frac >>
Размерность L −3 M
Единицы измерения
СИ кг/м³
СГС г/см³
Примечания
скалярная величина

Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму [1] .

Для обозначения плотности обычно используется греческая буква ρ [ро] (происхождение обозначения подлежит уточнению), иногда используются также латинские буквы D и d (от лат. densitas «плотность»).

Более точное определение плотности требует уточнение формулировки:

  • Средняя плотность тела — отношение массы тела к его объёму. Для однородного тела она также называется просто плотностью тела.
  • Плотность вещества — это плотность однородного или равномерно неоднородного тела, состоящего из этого вещества.
  • Плотность тела в точке — это предел отношения массы малой части тела ( Δ m <displaystyle Delta m>), содержащей эту точку, к объёму этой малой части ( Δ V <displaystyle Delta V>), когда этот объём стремится к нулю [2] , или, записывая кратко, lim Δ V → 0 Δ m / Δ V <displaystyle lim _<Delta V o 0><Delta m/Delta V>>. При таком предельном переходе необходимо помнить, что на атомарном уровне любое тело неоднородно, поэтому необходимо остановиться на объёме, соответствующем используемой физической модели.

Поскольку масса в теле может быть распределена неравномерно, более адекватная модель определяет плотность в каждой точке тела как производную массы по объёму. Если учитывать точечные массы, то плотность можно определить как меру, либо как производную Радона — Никодима по отношению к некоторой опорной мере.

Содержание

Виды плотности и единицы измерения [ править | править код ]

Исходя из определения плотности, её размерность представляет собой кг/м³ в СИ и г/см³ в системе СГС.

Для сыпучих и пористых тел различают:

  • истинную плотность, определяемую без учёта пустот;
  • удельную (кажущуюся) плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму. Истинную плотность из кажущейся получают с помощью величины коэффициента пористости — доли объёма пустот в занимаемом объёме. Для сыпучих тел удельная плотность называется насыпно́й плотностью.

Формула нахождения плотности [ править | править код ]

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

ρ = m V , <displaystyle
ho =<frac >,>

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.<3>mathbf=int
ho (mathbf)dV=int dm.>

Зависимость плотности от температуры [ править | править код ]

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Диапазон плотностей в природе [ править | править код ]

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

  • Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (2·10 −31 —5·10 −31 кг/м³, без учёта тёмной материи) [3] .
  • Плотность межзвёздной среды приблизительно равна 10 −23 —10 −21 кг/м³.
  • Средняя плотность красных гигантов в пределах их фотосфер много меньше, чем у Солнца — из-за того, что их радиус в сотни раз больше при сравнимой массе.
  • Плотность газообразного водорода (самого лёгкого газа) при нормальных условиях равна 0,0899 кг/м³.
  • Плотность сухого воздуха при нормальных условиях составляет 1,293 кг/м³.
  • Один из самых тяжёлых газов, гексафторид вольфрама, примерно в 10 раз тяжелее воздуха (12,9 кг/м³ при +20 °C)
  • Жидкий водород при атмосферном давлении и температуре −253 °C имеет плотность 70 кг/м³.
  • Плотность жидкого гелия при атмосферном давлении равна 130 кг/м³.
  • Усреднённая плотность тела человека от 940—990 кг/м³ при полном вдохе, до 1010—1070 кг/м³ при полном выдохе.
  • Плотность пресной воды при 4 °C 1000 кг/м³.
  • Средняя плотность Солнца в пределах фотосферы около 1410 кг/м³, примерно в 1,4 раза выше плотности воды.
  • Гранит имеет плотность 2600 кг/м³.
  • Средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
  • Плотность железа равна 7874 кг/м³.
  • Плотность металлического урана 19100 кг/м³.
  • Плотность золота 19320 кг/м³.
  • Самые плотные вещества при нормальных условиях — металлы платиновой группы. Имеют плотность 21400—22700 кг/м³.
  • Плотность атомных ядер приблизительно 2·10 17 кг/м³.
  • Теоретически верхняя граница плотности по современным физическим представлениям это планковская плотность 5,1⋅10 96 кг/м³.

Плотности астрономических объектов [ править | править код ]

  • Средние плотности небесных тел Солнечной системы см. на врезке.
  • Межпланетная среда в Солнечной системе достаточно неоднородна и может меняться во времени, её плотность в окрестностях Земли

10 −21 ÷10 −20 кг/м³.
Плотность межзвёздной среды

10 −23 ÷10 −21 кг/м³.

  • Плотность межгалактической среды 2×10 −34 ÷5×10 −34 кг/м³.<3>>>.>Средняя плотность падает обратно пропорционально квадрату массы чёрной дыры (ρ

    M −2 ). Так, если чёрная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью около 10 19 кг/м³, превышающей ядерную плотность (2×10 17 кг/м³), то сверхмассивная чёрная дыра с массой в 10 9 солнечных масс (существование таких чёрных дыр предполагается в квазарах) обладает средней плотностью около 20 кг/м³, что существенно меньше плотности воды (1000 кг/м³).

    Плотности некоторых газов [ править | править код ]

    Плотность газов, кг/м³ при НУ.

    Азот 1,250 Кислород 1,429
    Аммиак 0,771 Криптон 3,743
    Аргон 1,784 Ксенон 5,851
    Водород 0,090 Метан 0,717
    Водяной пар (100 °C) 0,598 Неон 0,900
    Воздух 1,293 Радон 9,81
    Гексафторид вольфрама 12,9 Углекислый газ 1,977
    Гелий 0,178 Хлор 3,164
    Дициан 2,38 Этилен 1,260

    Для вычисления плотности произвольного идеального газа, находящегося в произвольных условиях, можно использовать формулу, выводящуюся из уравнения состояния идеального газа: [7]

    ρ = p M R T <displaystyle
    ho =<frac >> ,

    • p <displaystyle p>— давление,
    • M <displaystyle M>— молярная масса,
    • R <displaystyle R>— универсальная газовая постоянная, равная приблизительно 8,314 Дж/(моль·К)
    • T <displaystyle T>— термодинамическая температура.

    Плотности некоторых жидкостей [ править | править код ]

    Плотность жидкостей, кг/м³

    Бензин 710 Молоко 1040
    Вода (4 °C) 1000 Ртуть (0 °C) 13600
    Керосин 820 Диэтиловый эфир 714
    Глицерин 1260 Этанол 789
    Морская вода 1030 Скипидар 860
    Масло оливковое 920 Ацетон 792
    Масло моторное 910 Серная кислота 1835
    Нефть 550—1050 Жидкий водород (−253 °C) 70

    Плотность некоторых пород древесины [ править | править код ]

    Плотность древесины, г/см³

    Бальса 0,15 Пихта сибирская 0,39
    Секвойя вечнозелёная 0,41 Ель 0,45
    Ива 0,46 Ольха 0,49
    Осина 0,51 Сосна 0,52
    Липа 0,53 Конский каштан 0,56
    Каштан съедобный 0,59 Кипарис 0,60
    Черёмуха 0,61 Лещина 0,63
    Грецкий орех 0,64 Берёза 0,65
    Вишня 0,66 Вяз гладкий 0,66
    Лиственница 0,66 Клён полевой 0,67
    Тиковое дерево 0,67 Бук 0,68
    Груша 0,69 Дуб 0,69
    Свитения (Махагони) 0,70 Платан 0,70
    Жостер (крушина) 0,71 Тис 0,75
    Ясень 0,75 Слива 0,80
    Сирень 0,80 Боярышник 0,80
    Пекан (кария) 0,83 Сандаловое дерево 0,90
    Самшит 0,96 Эбеновое дерево 1,08
    Квебрахо 1,21 Бакаут 1,28
    Пробка 0,20

    Плотность некоторых металлов [ править | править код ]

    Значения плотности металлов могут изменяться в весьма широких пределах: от наименьшего значения у лития, который легче воды, до наибольшего значения у осмия, который тяжелее золота и платины.

    Окружающие тела состоят из веществ, масса каждого зависит от размера, объема и других критериев.

    Плотность вещества показывает численное выражение массы тела в определенном объеме.

    Существуют разные виды скалярной физической величины.

    Общая характеристика

    Каждый элемент занимает индивидуальную величину. Определение плотности может обозначаться греческой буквой ρ, D или d. Если объемы двух тел одинаковы, а массы различны, тогда плотности не идентичны.

    Основные понятия

    Определения и характеристики показателя известны с 7 класса школьной программы химии. Плотность представляет собой физическую величину о свойствах вещества. Это удельный вес любого элемента. Существует средняя и относительная плотность. Последняя классификация — это отношение плотности (П) вещества к П эталонного вещества. Часто за эталон принимают дистиллированную воду. Единица измерения П- кг/м3 в интернациональной системе.

    Формула нахождения плотности:

    Обозначения:

    Кроме стандартной формулы плотности, применяемой для твердых состояний веществ, имеется формула для газообразных элементов в нормальных условиях.

    Расшифровка:

    • М — молярная масса газа [г/моль].
    • Vm — объем газа (в норме 22,4 л/моль).

    Для сыпучих и пористых тел различают истинную плотность, вычисляемую без учета пустот, и удельную плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему объему. Истинную П получают через коэффициент пористости — доли объема пустот в занимаемом объеме. Для сыпучих тел удельная П называется насыпной.

    Низкие показатели П имеет среда между Галактиками (1033 кг/м3).

    Способы измерения:

    • Пикнометр. Измеряет истинную П.
    • Ареометр, денсиметр, плотномер. Используется для жидкого состояния.
    • Бурик. Измеряет П почвы.

    Вещества состоят из молекулярных структур, масса тела формируется из скопления молекул. Аналогично вес пакета с карамелью складывается из масс всех конфет в мешке. Если все сладости одинаковые, то массу упаковки определяют умножением веса одной конфеты на количество штук.

    Молекулярные частицы чистого вещества одинаковы, поэтому вес капли воды равен произведению массы 1 молекулы Н2О на число составляющих молекул в капле. Плотность вещества показывает, чему равна масса одного кубического метра.

    Плотность воды – 1000 кг/м³, а масса 1 м³ Н2О равна 1000 килограмм. Это число можно вычислить, умножив массу 1 молекулы воды на количество молекулярных частиц, содержащихся в 1 м3 объема.

    П льда составляет 900 кг/м³, это значит, что вес кубического метра льда равна 900 кг. Употребляют единицу измерения плотности г/см3.

    При равнозначности физических масс двух тел их объемы различаются. Например, объём льда в девять раз больше объема бруска из металлического сплава. Масса тела распределяется неодинаково, устанавливает П в каждой точке тела.

    Влияние факторов

    П зависит от давления и температуры. При высоком давлении молекулы плотно прилегают друг к другу, поэтому вещество обладает значительной плотностью.

    Зависимость показателей учитывается при расчете П. При повышении температуры П снижается из-за термического расширения, при котором объем вырастает, а масса остается прежней. Если температура снижается, П увеличивается, хотя имеются вещества, П которых при некоторых условиях температурного режима ведет себя иначе. Это вода, бронза, чугун. При фазовом переходе, модифицировании агрегатного состояния П меняется скачками. Условия вычисления зависят от свойств веществ, молекулярных элементов. Для разных природных объектов П изменяется в широком диапазоне.

    П воды ниже П льда из-за молекулярной структуры твердой формы жидкости. Вещество, переходя из жидкой в твердую форму, изменяет молекулярную структуру, расстояние между составными частицами сужается и плотность увеличивается. Зимой, если забыть слить воду из труб, их разрывает на части после замерзания. На П Н2О влияют примеси. У морской воды знак П выше, чем у пресной. При соединении в одном стакане двух типов жидкости пресная останется на поверхности. Чем выше концентрация соли, тем больше П воды.

    Когда плотность вещества больше П воды, оно полностью погрузится в воду. Предметы, сделанные из материала по низкой П, будут плавать на поверхности воды. На практике эти свойства используются человеком. Сооружая суда, инженеры-проектировщики применяют материалы с высокой П. Корабли, теплоходы, яхты смогут затонуть во время плавания, в корпусах суден создают специальные полости, наполненные воздухом, ведь его П ниже плотности воды.

    Чтобы наживка для рыбалки погрузилась в воду, ее обременяют тяжелым по плотности материалом, например, грузиком из металла (чаще свинца). Плотность сплава выше, чем у Н2О.

    Жирные пятна масла, нефти, бензина остаются на поверхности воды из-за низкой П маслянистых веществ.

    Практическое применение

    Из учебников химии и физики вычисляют уровень плотности по формуле. Но также это можно сделать, используя онлайн-систему.

    Значение показателя

    Окружающий мир состоит из разных веществ.

    Скамейка в парке или баня за городом сооружены из древесины, подошва утюга, сковорода выполнены из металла, покрышка колеса, велосипеда — из резины. Каждый предмет имеет свой вес.

    Черные дыры Вселенной составляют наибольшую плотность 1014 кг/м3. Самый низкий показатель имеет область между Галактиками (2•10−31—5•10−31 кг/м³).

    Таблица плотности веществ

    Вещество Плотность (кг/м3)
    Сухой воздух 1,293
    Металлы
    Осмий 22,61
    Родий 12,41
    Иридий 22,56
    Плутоний 19,84
    Палладий 12,02
    Свинец 11,35
    Платина 19,59
    Золото 19,30
    Сталь 7,8
    Алюминий 2,7
    Медь 8,94
    Газы
    Азот 1,25
    Аммиак 0,771
    Аргон 1,784
    Жидкий водород 70
    Гелий в жидком состоянии 130
    Водород 0,09
    Водяной пар 0,598
    Воздух 1,293
    Хлор 3,214
    О2 1,429
    Углекислый газ 1,977
    Остальные вещества
    Тело человека На вдохе 940-990, при выдохе – 1010-1070
    Пресная вода 1000
    Солнце 1410
    Гранит 2600
    Земля 5520
    Железо 7874
    Бензин 710
    Керосин 820
    Молоко 1040
    Этанол 789
    Ацетон 792
    Морская вода 1030
    Древесина
    Пихта 0,39
    Ива 0,46
    Ель 0,45
    Сосна 0,52
    Дуб 0,69

    П металлов изменяется от минимального значения у лития, который легче Н2О, до максимального значения у осмия, который тяжелее драгоценных металлов.

    Способы расчета и примеры

    В сети Интернет существует множество приложений для онлайн-расчета плотности веществ или материалов. В стандартные поля калькулятора вводится основная информация: масса, объем, единицы измерения. Плотность вычисляется автоматически по заданным параметрам и выводится на экран интерфейса. Можно перевести информативные данные в нужную единицу измерения.

    Без использования учебной информации показатель П можно определить через физические опыты. Для лабораторных изучений нужны весы, сантиметр, если исследуемое тело находится в твердом состоянии. Для жидкости необходима колба.

    Сначала измеряют объем тела, записывая результат по цифровой шкале (в сантиметрах или миллилитрах).

    Вычисляя объем деревянного бруска квадратной формы, параметр стороны возводится в третью степень. Измеряя объемные характеристики, тело ставят на весы и записывают значение массы. Рассчитывая жидкое состояние, учитывают массу сосуда, куда помещено исследуемое. В формулу подставляют данные и рассчитывают показатель.

    Поскольку П измеряется в кг/л или в г/см³, то иногда приходится пересчитывать одни величины в другие.

    В одном грамме содержится 0,001 кг, а один кубический сантиметр (см³) — это 0,000001 м³. В 1 г/(см) 3 содержится 1000кг/м 3 .

    Пример 1:

    Необходимо найти плотность молока, если 350 г занимают 100 см 3 . Для решения используют формулу, где масса делится на объем.

    Решение: P=m/V = 350/100= 3,5 г/см 3 .

    Пример 2:

    Необходимо определить П мела, если масса большого куска объемом 20 см 3 составляет 48 грамм. П выразить в кг/м 3 и вг/см 3 .

    Нужно перевести см 3 в кубические метры, а граммы — в килограммы.

    V = 20см 3 = 0,00002 м 3 .

    M= 48 г = 0,048 кг.

    Плотность мела составляет 0,048 кг/0,00002 м 3 = 2400 кг/м 3 .

    Выражаем в г/см 3 : 2400 кг/м 3 = 2400*1000/1000000 см 3 = 2,4 г/см 3 .

    Один килограмм равен 1000 грамм, один кубический метр (1м 3 ) содержит 1000000 см 3 . Плотность получится 2,4 г/см 3 или 2400 кг/м 3 .

    Показатель имеет большое значение в разных сферах жизни и деятельности. Он определяется по таблице или высчитывается расчетным путем.

    Поставим на чашки весов (рис. 122) железный и алюминиевый цилиндры одинакового объема. Равновесие весов нарушилось. Почему?

    Выполняя лабораторную работу, вы измеряли массу тела, сравнивая массу гирь с массой тела. При равновесии весов эти массы были равны. Нарушение равновесия означает, что массы тел не одинаковы. Масса железного цилиндра больше массы алюминиевого. Но объемы у цилиндров равны. Значит, единица объема (1 см 3 или 1 м 3 ) железа имеет большую массу, чем алюминия.

    Масса вещества, содержащегося в единице объема, называется плотностью вещества. Чтобы найти плотность, необходимо массу вещества разделить на его объем. Плотность обозначается греческой буквой ρ (ро). Тогда

    плотность = масса/объем

    ρ = m/V.

    Единицей измерения плотности в СИ является 1 кг/м 3 . Плотности различных веществ определены на опыте и представлены в таблице 1. На рисунке 123 изображены массы известных вам веществ в объеме V = 1 м 3 .

    Плотность твердых, жидких и газообразных веществ
    (при нормальном атмосферном давлении)

    Как понимать, что плотность воды ρ = 1000 кг/м 3 ? Ответ на этот вопрос следует из формулы. Масса воды в объеме V = 1 м 3 равна m = 1000 кг.

    Из формулы плотности масса вещества

    m = ρV.

    Из двух тел равного объема большую массу имеет то тело, у которого плотность вещества больше.

    Сравнивая плотности железа ρж = 7800 кг/м 3 и алюминия ρал = 2700 кг/м 3 , мы понимаем, почему в опыте (см. рис. 122) масса железного цилиндра оказалась больше массы алюминиевого цилиндра такого же объема.

    Если объем тела измерен в см 3 , то для определения массы тела удобно использовать значение плотности ρ, выраженное в г/cм 3 .

    Формула плотности вещества ρ = m/V применяется для однородных тел, т. е. для тел, состоящих из одного вещества. Это тела, не имеющие воздушных полостей или не содержащие примесей других веществ. По значению измеренной плотности судят о чистоте вещества. Не добавлен ли, например, внутрь слитка золота какой-либо дешевый металл.

    Подумайте и ответьте

    1. Как бы изменилось равновесие весов (см. рис. 122), если бы вместо железного цилиндра на чашку поставили деревянный цилиндр такого же объема?
    2. Что такое плотность?
    3. Зависит ли плотность вещества от его объема? От массы?
    4. В каких единицах измеряется плотность?
    5. Как перейти от единицы плотности г/cм 3 к единице плотности кг/м 3 ?

    Как правило, вещество в твердом состоянии имеет плотность большую, чем в жидком. Исключением из этого правила являются лед и вода, состоящие из молекул H2O. Плотность льда ρ = 900 кг/м 3 , плотность воды ? = 1000 кг/м 3 . Плотность льда меньше плотности воды, что указывает на менее плотную упаковку молекул (т. е. большие расстояния между ними) в твердом состоянии вещества (лед), чем в жидком (вода). В дальнейшем вы встретитесь и с другими весьма интересными аномалиями (ненормальностями) в свойствах воды.

    Средняя плотность Земли равна примерно 5,5 г/cм 3 . Этот и другие известные науке факты позволили сделать некоторые выводы о строении Земли. Средняя толщина земной коры около 33 км. Земная кора сложена преимущественно из почвы и горных пород. Средняя плотность земной коры равна 2,7 г/cм 3 , а плотность пород, залегающих непосредственно под земной корой, — 3,3 г/cм 3 . Но обе эти величины меньше 5,5 г/cм 3 , т. е. меньше средней плотности Земли. Отсюда следует, что плотность вещества, находящегося в глубине земного шара, больше средней плотности Земли. Ученые предполагают, что в центре Земли плотность вещества достигает значения 11,5 г/cм 3 , т. е. приближается к плотности свинца.

    Средняя плотность тканей тела человека равна 1036 кг/м 3 , плотность крови (при t = 20°С) — 1050 кг/м 3 .

    Малую плотность древесины (в 2 раза меньше, чем пробки) имеет дерево бальса. Из него делают плоты, спасательные пояса. На Кубе растет дерево эшиномена колючеволосая, древесина которой имеет плотность в 25 раз меньше плотности воды, т. е. ρ = 0,04 г/cм 3 . Очень большая плотность древесины у змеиного дерева. Дерево тонет в воде, как камень.

    Сделайте дома сами

    Измерьте плотность мыла. Для этого используйте кусок мыла прямоугольной формы. Сравните значение измеренной вами плотности со значениями, полученными вашими одноклассниками. Равны ли полученные значения плотности? Почему?

    Уже при жизни знаменитого древнегреческого ученого Архимеда (рис. 124) о нем слагались легенды, поводом для которых служили его изобретения, поражавшие современников. Одна из легенд гласит, что сиракузский царь Герон II попросил мыслителя определить, из чистого ли золота сделана его корона или ювелир подмешал туда значительное количество серебра. Конечно же, корона при этом должна была остаться целой. Определить массу короны Архимеду труда не составило. Гораздо сложнее было точно измерить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита, и определить, чистое ли это золото. Трудность состояла в том, что она имела неправильную форму!

    Как-то Архимед, поглощенный мыслями о короне, принимал ванну, где ему пришла в голову блестящая идея. Объем короны можно определить, измерив объем вытесненной ею воды (вам знаком такой способ измерения объема тела неправильной формы). Определив объем короны и ее массу, Архимед вычислил плотность вещества, из которого ювелир изготовил корону.

    Как гласит легенда, плотность вещества короны оказалась меньше плотности чистого золота, и нечистый на руку ювелир был уличен в обмане.

    Упражнения

    1. Плотность меди ρм = 8,9 г/cм 3 , а плотность алюминия — ρал = 2700 кг/м 3 . Плотность какого вещества больше и во сколько раз?
    2. Определите массу бетонной плиты, объем которой V = 3,0 м 3 .
    3. Из какого вещества изготовлен шар объемом V = 10 см 3 , если его масса m = 71 г?
    4. Определите массу оконного стекла, длина которого a = 1,5 м, высота b = 80 см и толщина c = 5,0 мм.
    5. Общая масса N = 7 одинаковых листов кровельного железа m = 490 кг. Размер каждого листа 1 x 1,5 м. Определите толщину листа.
    6. Стальной и алюминиевый цилиндры имеют одинаковые площади поперечного сечения и массы. Какой из цилиндров имеет большую высоту и во сколько раз?

    Измерение плотности жидкостей

    Плотность

    Свойства материи

    Измерение плотности жидкостей

    Практическая деятельность
    для 14-16

    Класс практический

    Простой метод сравнения плотности жидкостей.

    Аппаратура и материалы

    Для каждой группы

    • Мерные цилиндры, 100 мл или 250 мл, чистые и сухие, 2 или более
    • Химический баланс
    • Доступ к воде и растительному или оливковому маслу
    • Любые другие жидкости, с которыми безопасно работать (ДОПОЛНИТЕЛЬНО)

    Примечания по охране труда и технике безопасности

    Будьте осторожны с проливом масла, особенно с маслом, которое может создать опасность скольжения.

    Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

    Процедура

    1. Возьмите мерный цилиндр и как можно точнее измерьте его массу в граммах.
    2. Снимите мерный цилиндр с весов и осторожно добавьте воду, осторожно наливая или пипеткой, пока уровень не станет как можно ближе к отметке 10 мл. Поставьте мерный цилиндр обратно на весы. Измерьте и запишите новую массу (баллон плюс вода) в граммах.
    3. Повторите процедуру, добавляя по 10 мл за один раз как можно точнее и записывая объем и общую массу, пока мерный цилиндр не заполнится. Затем для каждого объема рассчитайте только массу жидкости.
    4. ПРИМЕЧАНИЕ: Если используется мерный цилиндр на 250 мл, вы можете использовать интервалы 20 или 25 мл.
    5. Повторите шаги с 1 по 3 для масла (и любых других тестируемых жидкостей).
    6. Постройте график зависимости массы жидкости (ось y) от объема (ось x). Попробуйте масштабировать график так, чтобы вы могли отобразить все свои наборы данных на одном графике.
    7. Для каждого набора данных попробуйте провести прямую линию «наилучшего соответствия», проходящую через начало координат. Рассчитайте плотность каждой жидкости по градиенту ее линии графика.

    Учебные заметки

    • Учащимся необходимо предварительно изучить плотность и ознакомиться с уравнением плотности. В примерах могут использоваться см 3 в качестве единицы объема и г / см 3 в качестве единицы плотности, или м 3 и кг / м 3 .Обычно приемлемы оба набора единиц, но при всех измерениях длины должны использоваться одни и те же единицы. Студентам может потребоваться сказать, что с мерным цилиндром 1 мл = 1 см 3 .
    • Плотность воды измеряется раньше, чем масло, потому что воду можно легко и быстро смыть из мерного цилиндра, а масло — нет. При добавлении масла в мерный цилиндр проинструктируйте учащихся, чтобы они старались не выливать его сбоку, иначе оно образует покрытие по бокам, которое увеличит массу без повышения уровня, с которого считывается объем, поэтому высушите мерный цилиндр. перед взвешиванием.
    • Если есть ограничения на количество имеющихся весов, то это все еще возможно выполнить с учащимися, разделяющими весы, хотя необходимо следить за тем, чтобы не было утечек. Если учащиеся не знакомы с образующимся мениском, покажите им, как правильно снимать объемные показания.
    • Расширение How Science Works: Если их попросят определить плотность жидкости, учащиеся могут снять только один набор показаний. Легкость, с которой можно наливать воду и другие жидкости, позволяет усовершенствовать этот метод, чтобы собрать несколько результатов и использовать графический метод, чтобы минимизировать влияние любой систематической ошибки в измерениях.
    • Плотность жидкостей и их поведение важно для ученых-диетологов. Вы можете проиллюстрировать это, попросив учащихся измерить плотность уксуса, сделать и измерить плотность винегрета, а затем предсказать, какой из них будет находиться сверху, когда они будут перелиты в одну емкость.

    Этот эксперимент был проверен на безопасность в январе 2007 г.

    Университет Акрона, Огайо

    Вернуться к указателю плана урока
    Версия для печати

    Определение плотности воды

    Классы: 6-8
    Автор: Джон Валасек
    Источник: Этот урок впервые был проведен в Школе математики и естественных наук штата Миссисипи в 1991 году автором и Клаудией Картер в команде, которая преподавала решение задач естествознания и математики. курс.


    Аннотация

    Учащиеся определят плотность одной капли воды, используя экспериментальные лабораторные методы и методы построения графиков, а затем самостоятельно найдут плотность другой жидкости, такой как кулинарное масло. Этот урок может проводиться под руководством учителя или проводиться как открытое расследование.


    Цели

    Что должны знать учащиеся в результате этого урока?

    • Определите точность приборов для измерения объема и массы.
    • Определите количество значащих цифр по показаниям измерений.
    • Откройте для себя взаимосвязь между массой и объемом вещества.
    • Разработать методы экспериментального определения плотности вещества.
    • Используйте методы построения графиков, чтобы найти взаимосвязь между массой и объемом.

    Что студенты должны уметь делать в результате этого урока?

    • Измерьте объем и массу вещества с помощью соответствующего лабораторного оборудования.
    • На основе наблюдений и полученных данных создайте соответствующий график для данных
    • Найдите на графике линию наилучшего соответствия.
    • Используя линию наилучшего соответствия, выведите уравнение прямой линии, чтобы найти значение объема данной массы или количества капель.
    • Используйте уравнение, чтобы найти любую переменную или найти плотность вещества

    Материалы
    • микропипец
    • вода дистиллированная
    • мерный цилиндр
    • спагетти (сырые)
    • электронные весы

    Процедуры

    Помолвка

    Представьте это исследование, поставив перед классом следующую задачу: В течение года мы будем использовать микропипетки, наполненные различными жидкостями, для проведения экспериментов.Нас попросят добавить 1 миллилитр этого или 5 миллилитров того, поэтому нам нужно знать, сколько добавить из микропипетки. Но эти микропипетки не маркируются. Итак, как мы можем использовать эти микропипетки для измерения объемов жидкостей? Примите все ответы и выберите «по количеству капель».

    Оценка: Обратите внимание на участие студентов и спросите: «Как вы думаете, мы можем использовать эти микропипетки для точного измерения количества жидкости?»

    Разведка

    Затем спросите: «Итак, если мы знаем количество капель, как мы можем определить объем, измеренный в миллилитрах, от количества капель?» Этот вопрос должен вызвать ряд ответов.Разделите класс на небольшие рабочие группы по 2 или 3 человека и предложите им провести мозговой штурм для ответа на вопрос.

    Попросите каждую группу сообщить о своих решениях. Возможное решение, которое вы можете предложить группам рассмотреть, — это использовать градуированный цилиндр и подсчитать количество капель, необходимых для наполнения цилиндра до отметок 1, 2, 3 и т. Д.

    Попросите группы выполнить метод, который они приняли, и записать результаты.

    Оценка: Результаты этого упражнения — ценный обучающий момент.Учителю следует рассмотреть следующие вопросы: насколько точно ученики следовали процедурам? Как измеряли объем? С точностью до целого, десятой или сотой доли миллилитра? Как был записан объем? Какое количество капель было зафиксировано? Было ли это через регулярные промежутки времени? Какое было наименьшее и наибольшее количество капель, для которого был записан объем? Могли ли ученики измерить объем одной капли воды? Почему нет? Тщательное обсуждение этих вопросов должно позволить учащимся прийти к консенсусу относительно соображений измерения объема и процедур записи данных.Вы могли бы подкрепить результаты обсуждения, попросив избранных лиц переформулировать основные предпосылки измерения и записи данных. Чтобы завершить эту часть упражнения, спросите: «Зависит ли способ измерения и тип данных от того, какую проблему мы пытаемся решить?» Ответ заключается в том, что это не должно влиять на то, как мы измеряем данные, но должно влиять на данные, которые мы собираем. Нас интересует объем и количество капель, чтобы ответить на вопрос: «Сколько миллилитров в одной капле воды?». Мы не должны искажать наши результаты, неправильно считывая градуированный цилиндр.

    Продолжение разведки

    Затем спросите: «Будет ли процедура, которую вы разработали, точной и будет работать для всех томов?» Продемонстрируйте классу, взяв пипетку, наполненную водой, и капнув одну каплю из пипетки в пустой мерный цилиндр на 10 мл. Обратите внимание, что ориентация пипетки определяет количество распределяемой воды. Рекомендуется всегда держать пипетку в вертикальном положении при дозировании жидкости для обеспечения однородности. Проведите градуированный цилиндр по классу и спросите, может ли кто-нибудь сказать вам объем этой капли воды.

    Вы можете использовать эту возможность, чтобы обсудить концепцию точности применительно к используемому вами измерительному инструменту. Это обсуждение будет включать шкалу измерительного прибора и интерпретацию значений между двумя линиями измерения.

    Оценка: Попросите учащихся прочитать и записать объем воды в стакане, мерном цилиндре и бюретке.

    Группы могут захотеть повторить количество капель, объемные упражнения, но перед тем, как они это сделают, попросите группы провести мозговой штурм, как точно определить объем любого количества капель воды.Принимайте отчеты от групп, перечисляя возможные процедуры на доске. Обсуждения в группах должны быть сосредоточены на измерении массы, объема и количества капель воды; разработка таблицы данных для записи измерений; и после обсуждения прийти к консенсусу в отношении процедуры, которой следует придерживаться. Одна из возможных процедур — поставить на весы пустой градуированный цилиндр и обнулить весы. Затем поместите такое же количество капель в градуированный цилиндр и массу и запишите объем каждого приращения.Например, добавьте 5 капель и массу и считайте объем, добавьте еще 5 капель и массу, считайте объем и так далее. Создайте таблицу, чтобы показать объем в миллилитрах, массу в граммах и количество капель.

    Оценка: Убедитесь, что каждая группа записала массу, объем и количество капель воды для нескольких разных объемов воды.

    После того, как каждая группа выполнит измерения, обсудите, что делать с данными, чтобы ответить на первоначально заданный вопрос.

    Посредством этого обсуждения заявите, что должен быть лучший способ найти объем любого количества капель жидкости.

    Хотя в этом уроке основное внимание уделяется не «плотности», учитель может также ввести понятие о том, что вся материя имеет объем и массу и что отношение массы вещества к объему (масса, деленная на объем), называемое плотностью, известно. Итак, если мы знаем массу воды, мы можем найти ее объем. Плотность будет обсуждаться в развивающей части урока.

    Направьте обсуждение так, чтобы сообщить, что ученые иногда показывают данные в виде графиков, чтобы показать взаимосвязи и получить математические формулы.

    Объясните, что у графиков есть вертикальное и горизонтальное измерение, называемое осью. Каждая ось имеет шкалу количества, которая включает диапазон данных. Шкала обычно имеет равные приращения от нуля до числа, выходящего за пределы диапазона данных. Попросите учащихся определить масштаб объема и количество капель. Оцените , что они правильно разработали шкалу для каждой переменной.

    Объясните, что независимая переменная (то, что они изменяют) обычно идет по горизонтальной оси (ось x), а зависимая переменная (что они наблюдают или измеряют) идет по вертикальной оси (ось y).Спросите: «Так где же на графике объем и количество капель?» Правильный ответ: объем должен идти по оси Y, а количество капель должно идти по оси X. Оценка: Убедитесь, что учащийся нанес соответствующий ярлык на каждую ось.

    Теперь, когда у учащихся есть графики объема и количества капель, массы и количества капель, спросите: «Используя свои графики, найдите объем 20 капель воды». Позвольте каждой группе сообщить и заметить различия, если таковые имеются.

    Здесь мы познакомимся с концепцией значащих цифр. В скольких цифрах следует указать ответ? Обычно градуированный цилиндр объемом 10 мл имеет отметки с точностью до десятых долей миллилитра, поэтому объем можно читать с точностью до сотых долей миллилитра. Таким образом, объем 20 капель воды может составлять 1,02 мл, и его следует указывать как то же самое.

    Оценка: Теперь, когда ученики могут читать свои графики, попросите их определить объем 37 капель воды.Это будет сложно сделать, так как их данные кратны 5 каплям.

    Оцените , чтобы убедиться, что все выстроили линии правильно. Теперь попросите учащихся прочитать, где параллельная линия пересекается с осью Y, и укажите, что пересечение — это объем для 37 капель воды.

    Оценка: Попросите учащихся по графикам определить объем 1 капли воды. Проверить точность.

    Затем спросите: «Есть ли более точный метод определения объема 1 капли воды?» Развлекайте все отзывы.Предложите использовать математическую формулу для прямой линии, чтобы сделать определение. Попросите учащихся вспомнить, что уравнение прямой линии имеет вид y = mx + b, где m — наклон (подъем за пробегом), а b — точка пересечения с y. Поскольку b равно 0, уравнение принимает вид y / x = slope. Попросите учащихся найти наклон, взяв две точки данных и подставив значения в уравнение (y2 — y1), разделенное на (x2 — x1).

    Оценка: Проверьте правильность подстановки и решения для наклона, затем попросите учащихся найти объем одной капли воды по формуле y (объем), разделенный на количество капель, равный наклону.Убедитесь, что объем одной капли воды близок к 0,040 мл (значение для пипетки Beral с прямым стержнем).

    Пояснение

    Теперь, когда студенты продемонстрировали навыки построения графиков зависимости объема от количества капель, попросите их собрать данные о массе и количестве капель, используя ранее разработанные процедуры.


    Оценка:
    Посетите каждую группу и убедитесь, что таблицы данных и результирующие графики правильно составлены.Данные и результирующий график должны быть похожи на график зависимости объема от количества капель. Также попросите учащихся построить линию наилучшего соответствия, написать уравнение прямой, найти наклон линии и решить массу одной капли воды.

    Разработка

    Всякая материя имеет массу и занимает пространство. Отношение массы к объему называется плотностью. Попросите учащихся построить график зависимости массы от объема на основе ранее созданных данных, найти линию наилучшего соответствия и определить для любой точки линии наклон (плотность).

    Оценка: Убедитесь, что каждый учащийся правильно изобразил массу и объем и нашел плотность для любой точки. Наклон линии должен быть близок к единице. Таким образом, плотность воды 1.0

    После того, как учащиеся успешно определят плотность воды (факт, который следует запомнить), предложите им самостоятельно определить плотность масла для жарки.


    Предварительные требования

    Было бы полезно знать элементарную алгебру.


    Лучшие методы преподавания
    • Системный подход к решению проблем
    • Запрос

    Соответствие стандартам

    Стандарты NGSS:

    • MS-PS1-3 Соберите и проанализируйте информацию, чтобы описать, что синтетические материалы происходят из природных ресурсов и влияют на общество.

    Стандарты Common Core:

    • RST.6-8.1 Приведите конкретные текстовые свидетельства для поддержки анализа научных и технических текстов.
    • RST.6-8.3 При проведении экспериментов, измерениях или выполнении технических задач, как правило, следует соблюдать многоступенчатую процедуру.
    • WHST.6-8.2 Напишите информативные / пояснительные тексты, включая описание исторических событий, научных процедур / экспериментов или технических процессов.

    Национальные стандарты:

    • Стандарт содержания A: 5-8 Наука как запрос
    • Стандарт содержания B: 5-8 Физические науки

    Стандарты Огайо:

    • Классы 6-8 для научных исследований Benchmark A

    Знание содержания

    НЕТ


    Безопасность
    • Все материалы безопасны.
    • Студенты не должны есть спагетти.
    • Напомните учащимся использовать все материалы по прямому назначению и утилизировать жидкости в соответствии с указаниями учителя.

    Приложения

    Графики используются для представления данных и отображения взаимосвязей. Из этих соотношений значения, которые нелегко получить в эксперименте, могут быть точно получены из математических уравнений, основанных на графике.


    Оценка

    Учащиеся должны уметь правильно строить графики данных и использовать график или математическое уравнение для поиска переменной.


    Прочие соображения

    Предложения по группам Учащиеся должны быть разделены на группы по два или три человека. Новую идею группирования можно найти в «Совместном обучении в классе естественных наук» Эмили Лин, учительницы естественных наук, том 73 № 5, лето 2006 г., стр. 34–39.

    Темп / рекомендуемое время: Урок можно выполнить за два периода по 45 минут. При блочном расписании урок следует разделить так, чтобы половина была выполнена в первый день (участие и исследование), а оставшаяся часть (объяснение и оценка) — во второй день.


    Рабочие листы для печати в формате PDF

    НЕТ

    Университет Акрона, Огайо

    Вернуться к указателю модуля профессионального развития
    Версия для печати

    Определение плотности воды — Упражнение с графиком

    Классы: 5-8
    Автор: Джон Валасек
    Посмотреть план урока учащегося


    Аннотация

    Описание модуля

    Участников проведут через упражнение по разработке стратегии, чтобы научить студентов правильно отображать данные, полученные в результате массирования и измерения объема различного количества капель воды и определения плотности воды и нефти.


    Цели
    • Участники смогут собирать данные (масса, объем и количество капель воды).
    • Участники смогут отображать данные в виде графиков.
    • Участники смогут составить и реализовать план урока, чтобы провести своих учеников через обсуждение того, как построить график и решить проблему с помощью графика.

    Материалы

    Вода, растительное масло, электронные весы, градуированные цилиндры 10 мл, микропипетки и сырые вермишели или другие макаронные изделия.Если есть, но не обязательно — бюретка и мерная колба. Миллиметровую бумагу можно бесплатно распечатать онлайн (поиск в Google).


    Процедуры

    Обзор: Используйте следующее в качестве руководства, чтобы полностью прочитать процедуры, прежде чем пытаться провести этот урок:

    • Участники знакомятся с микропипеткой как средством измерения объема.
    • Участники экспериментально определяют количество капель воды в целых исчисленных миллилитрах воды.
    • Участники графически отображают данные, полученные на предыдущем шаге.
    • Используя график, участники находят объем одной капли воды
    • Участники экспериментально определяют массу 5, 10, 15, 20 и т. Д. Капель воды.
    • Участники графически отображают данные из предыдущего шага.
    • Используя график из предыдущего шага, участники определяют массу одной капли воды.
    • Участники составляют график массы и объема воды.
    • Участники находят отношение массы к объему воды.
    • Участники находят отношение массы к объему масла.

    Помолвка

    Представьте это исследование, поставив перед участниками следующую задачу: В течение года вы будете использовать микропипетки, наполненные различными жидкостями, для проведения экспериментов на микромасштабах. Нас попросят добавить 1 миллилитр этого или 5 миллилитров того, поэтому нам нужно знать, сколько добавить из микропипетки. Но эти микропипетки не маркируются. Итак, как мы можем использовать эти микропипетки для измерения объемов жидкостей? Примите все ответы и выберите «, подсчитав количество капель.«

    Оценка: Отслеживайте участие участников, чтобы убедиться, что все понимают, прежде чем двигаться дальше.

    Разведка

    Затем спросите: «Итак, если мы знаем количество капель, как мы можем определить объем, измеренный в миллилитрах, из количества капель?» Этот вопрос должен вызвать ряд ответов. Разделите участников на небольшие рабочие группы по 3 или 4 человека и предложите им провести мозговой штурм, чтобы ответить на вопрос. Попросите каждую группу сообщить о своих решениях.Возможной процедурой может быть использование градуированного цилиндра и подсчет количества капель, необходимых для заполнения цилиндра до отметок 1, 2, 3 и т.д. миллилитров. Достигните консенсуса относительно того, как получать данные. Попросите каждую группу выполнить задание и собрать данные.

    Оценка: Отметьте, как каждая группа записывает данные, и попросите каждую группу сообщить свои результаты. Затем спросите: «Будет ли процедура, которую вы разработали, точной и будет работать для всех объемов?» Предложите участникам обсудить свои методы.Прежде чем принимать комментарии от каждой группы, выполните следующие действия. Возьмите пипетку, наполненную водой, и капните одну каплю из пипетки в пустой мерный цилиндр на 10 мл. Обратите внимание, что ориентация пипетки определяет количество распределяемой воды. Рекомендуется всегда держать пипетку в вертикальном положении при дозировании жидкости для обеспечения однородности. Подчеркните этот момент участникам. Проведите градуированный цилиндр по комнате и спросите, может ли кто-нибудь сказать вам объем этой капли воды.Участники не должны уметь точно определять объем этой капли воды.

    Попросите каждую группу участников разработать метод точного определения объема любого количества капель воды. Дайте время для мозгового штурма, а затем попросите каждую группу сообщить о своих выводах.

    Большинство описанных методов не позволяют точно определить объем одной капли воды. Таким образом, вам, возможно, придется побудить группы рассмотреть возможность использования методов построения графиков для решения проблемы.Предложите группам вернуться к чертежной доске и изменить свои методы, чтобы включить использование графиков. Далее предложите, чтобы они идентифицировали тип графика, компоненты графика и методы поиска линии, наиболее подходящей для данных.

    Попросите группы отчитаться о своих обсуждениях. Это должно быть здоровое обсуждение, и должен появиться ряд идей для обучения графику. Возможное решение — создать линейный график со следующим:

    • Заголовок — объем в зависимости от количества капель
    • Этикетка оси Х Количество капель
    • Объем этикетки по оси Y (мл)
    • Шкала оси X от 0 до 100 с шагом 1 капля
    • шкала оси Y от 0 до 6 дюймов 0.С шагом 1 мл
    • точки данных правильно введены на график
    • строка наилучшего соответствия (может не рассматриваться каждой группой)

    После того, как каждая группа предоставит отчет, спросите: «Используя ваши графики, найдите объем 20 капель воды». Позвольте каждой группе сообщить и заметить различия, если таковые имеются. Изучение различий важно для выявления различий в эксперименте и того, что следует контролировать. Например, размер капли варьируется в зависимости от угла пипетки.Еще одна важная переменная — это объемное чтение. Параллакс может привести к неправильным показаниям.

    Пояснение

    Здесь мы познакомимся с концепцией значащих цифр. В скольких цифрах следует указывать объем? Маркировка на измерительном приборе определяет точность прибора. Обычно градуированный цилиндр объемом 10 мл имеет отметки с точностью до десятых долей миллилитра, поэтому объем можно читать с точностью до сотых долей миллилитра. Таким образом, объем 20 капель воды может быть 1.02 мл, и следует указать то же самое. Вы можете использовать эту возможность, чтобы обсудить концепцию точности применительно к используемому вами измерительному инструменту. Это обсуждение будет включать шкалу измерительного прибора и интерпретацию значений между двумя линиями измерения. Оцените понимание участников, задав им вопросы, попросив их прочитать и записать объем воды (используйте то, что у вас есть) в химическом стакане, мерном цилиндре, мерной колбе и бюретке. Наиболее точное измерение объема — мерной колбой.

    Оценка: Попросите участников определить количество значащих цифр, которые они указали бы в разнообразном оборудовании для измерения объема и массы, которое они используют в своих классах. На этом этапе участники собрали объемные данные и построили эти данные в виде графиков. Затем вы хотите использовать график, чтобы найти объем для любого количества капель воды. Спросите: «Каков объем 37 капель воды?»

    Участникам будет сложно это сделать, поскольку их данные относятся к количеству падений на 1.0 мл, 2,0 мл и т. Д. Обсудите, как найти ответ. Для этого попросите участников построить линию наилучшего соответствия по точкам данных. Для этого нужно взять кусок спагетти (вермишели) и поместить его на график примерно на одинаковом расстоянии между всеми точками данных, чтобы включить спагетти, проходящие через точку 0,0. Это называется линией наилучшего соответствия. После завершения этой линии наилучшего соответствия попросите участников тщательно обвести линию, образованную спагетти.Заявите: «Теперь у нас есть способ определять объем любого количества капель воды». Возьмите точку на оси X, представляющую 37 капель, и пройдите прямо от этой точки к линии, которую вы построили, и отметьте точку на линии наилучшего соответствия, где пересекается линия 37 капель. Из точки, которую вы сделали, нарисуйте линию, параллельную оси x, продолжающуюся до оси y. Тогда прочтите том.

    Оценка: Получите комментарии группы к их ответам.

    Состояние «Теперь, когда мы можем найти объем любого количества капель воды, найдите объем одной капли воды.«Примите вводные данные и обратите внимание на разочарование при поиске ответа из-за ряда факторов: графика и размера шкалы. Риторически спросите:« Есть ли лучший способ найти объем одной капли воды? »

    Ответьте, что есть более точный способ найти объем воды, используя линию наилучшего соответствия на их графиках. Попросите участников вспомнить, что уравнение для прямой линии имеет вид y = mx + b, где y в нашем случае — это объем, m — наклон линии, которая поднимается за пробег, x — количество капель, а b — это y-перехват, который в нашем случае равен 0.Таким образом, используя уравнение, объем одной капли воды будет равен наклону линии, умноженному на количество капель воды. Наклон можно найти с помощью формулы (y2 — y1), деленной на (x2 — x1), где y2 и y1 — два значения y, а x2 и x1 — два значения x.

    Оценка: Попросите всех участников определить объем одной капли воды и сравнить результаты. Также сравните эти результаты с результатами предыдущего обследования участников. Они должны увидеть, что метод уравнения более точен.

    Разведка

    Затем попросите участников определить массу любого количества капель воды и сообщить массу одной капли воды. Попросите их придумать лучший метод и сообщить о нем всей группе. Один из возможных методов:

    Поместите химический стакан на электронные весы и добавляйте количество капель, пока весы не зафиксируют массу, затем продолжайте добавлять капли с выбранными интервалами, пока не наберется 100 капель. Запишите результаты и нанесите данные на график.Найдите наклон линии наилучшего соответствия и используйте уравнение прямой, чтобы найти массу одной капли воды.

    Оценка: По массе количество капель воды должно равняться объему такого же количества капель воды.

    Пояснение

    Введите понятие, что вся материя имеет объем и массу и что отношение массы вещества к объему (масса, деленная на объем), называемое плотностью, известно. Итак, если мы знаем отношение массы воды к объему, мы можем найти ее плотность.Затем попросите группы провести мозговой штурм, чтобы точно определить плотность любого количества капель воды. Принимайте отчеты от групп, перечисляя возможные процедуры на доске. Обсуждения в группе должны быть сосредоточены на измерении массы, объема и количества капель воды; разработка таблицы данных для записи измерений. Участники также могли бы придумать способ использования собранных данных для определения плотности воды. После обсуждения участники должны прийти к консенсусу в отношении процедуры, которой следует придерживаться.В идеале группы должны решить использовать ранее собранные данные. График объема по оси Y и массы по оси X дает наилучшее решение. Наклон графика должен быть около 1 грамма на миллилитр воды. Плотность воды составляет примерно 1,0 грамм на 1,0 миллилитр.

    Разработка

    Наконец, попросите участников определить плотность масла, которое вы предоставили.

    Оценка:

    1. Попросите группы доложить о своих результатах.
    2. В качестве заключительной оценки попросите участников написать план урока, чтобы включить это задание в свой курс.

    Обоснование

    Чтобы стать научными грамотными, студенты должны уметь измерять массу и объем, отображать данные и решать задачи с помощью графиков. Эти навыки, приобретенные в раннем возрасте, необходимы для успеха в будущих курсах естествознания и математики.


    Научные стандарты

    Стандарт содержания NSES A: Наука как исследование: в результате занятий в 5-8 классах все учащиеся должны развить

    • Способности, необходимые для проведения научных исследований
    • понимания о научных исследованиях

    Стандарт содержания NSES B: Физические науки: в результате занятий в 5-8 классах все учащиеся должны развить понимание

    • свойства и изменения свойств в материи

    NSES СТАНДАРТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ A: Профессиональное развитие учителей естественных наук требует изучения основного научного содержания через точки зрения и методы исследования.

    СТАНДАРТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ NSES B: Профессиональное развитие учителей естественных наук требует интеграции научных знаний, обучения, педагогики и студентов; это также требует применения этих знаний в преподавании естественных наук.


    Лучшие методы преподавания
    • Запрос
    • Системный подход к решению проблем

    Временной интервал

    Участники должны быть в состоянии выполнить это упражнение за 90 минут.


    Препарат

    Соберите достаточно каждого материала для каждой группы из трех или четырех участников, чтобы использовать по одному из каждого. Разложите по комплекту материалов для каждой группы. Чашки объемом пять унций или что-то подобное можно использовать для хранения воды и масла для жарки.

    Сообщите участникам, чтобы они принесли с собой руководство по учебной программе или учебник, чтобы облегчить составление плана реализации.


    Безопасность

    Никаких особых мер предосторожности при обращении с материалами этого урока или их утилизации не требуется.


    Оценка

    Общая оценка будет заключаться в том, чтобы участники разработали планы уроков и провели этот урок в своих классах.


    Объяснение науки

    Пояснения содержатся в процедурах.


    Раздаточные материалы

    Нет для этого модуля


    Расширения

    Нет


    Шаблон реализации урока

    Загрузить шаблон реализации урока: документ Word или файл PDF


    Собственный капитал

    Убедитесь, что вы принимаете во внимание пол и этнические предпочтения при распределении участников по группам.


    Ресурсы

    Нет для этого модуля


    Список литературы

    Нет в наличии для этого модуля


    Плотность — Энциклопедия Нового Света

    Плотность (символ: ρ — греческий: ро) — это мера массы на единицу объема. Средняя плотность объекта равна его общей массе, деленной на его общий объем. Объект, сделанный из сравнительно плотного материала (такого как железо), будет иметь меньший объем, чем объект такой же массы, сделанный из некоторого менее плотного вещества (такого как вода).

    Единица измерения СИ плотности — это килограмм на кубический метр ( кг / м 3 )

    Определение

    При определенных условиях температуры и давления плотность жидкости определяется, как описано ниже. Однако плотность твердого материала может быть разной, в зависимости от того, как именно она определяется. Возьмем, к примеру, песок. Если вы аккуратно наполните контейнер песком и разделите массу песка на объем контейнера, вы получите значение, называемое насыпной плотностью .Если вы возьмете этот же контейнер и несколько раз постучите по нему, позволяя песку осесть и упаковать вместе, а затем вычислите результаты, вы получите значение, называемое , насыпью, или насыпной плотностью, . Насыпная плотность с утряской всегда больше или равна насыпной плотности. В обоих типах насыпной плотности часть объема занимает промежутки между песчинками.

    Кроме того, при изготовлении конфет на плотность влияют процессы плавления и охлаждения.Сыпучий гранулированный сахар, как и песок, содержит много воздуха и не упакован плотно, но когда он растает и начинает кипеть, сахар теряет зернистость и увлекаемый воздухом и становится жидким. Когда вы отливаете его в более компактную форму, сироп уплотняется и теряет больше воздуха. По мере охлаждения он сжимается и набирает влагу, делая и без того тяжелые конфеты еще более плотными.

    ρ = мВ {\ displaystyle \ rho = {\ frac {m} {V}}}

    где

    ρ — плотность объекта (в килограммах на кубический метр)
    м — полная масса объекта (в килограммах)
    V — общий объем объекта (в кубических метров)

    Также доступно более теоретическое определение.Плотность можно рассчитать на основе кристаллографической информации и молярной массы:

    плотность = M⋅NL⋅a⋅b⋅c {\ displaystyle {\ mbox {density}} = {\ frac {M \ cdot N} {L \ cdot a \ cdot b \ cdot c}}}

    куда

    M — молярная масса
    N — число атомов в элементарной ячейке
    L — число Лошмидта или Авогадро
    ice a, b — решетка параметры

    Плотность относительно температуры T имеет следующую зависимость:

    плотность (T1) плотность (T2) = 1 + C⋅T11 + C⋅T2 {\ displaystyle {\ frac {{\ mbox {density}} (T1)} {{\ mbox {density}} (T2)} } = {\ frac {1 + C \ cdot T1} {1 + C \ cdot T2}}}

    где

    C — коэффициент кубического расширения.

    Экспериментально плотность можно определить, измерив сухой вес (Wd {\ displaystyle W_ {d}}), влажный вес (Ww {\ displaystyle W_ {w}}) и вес в погруженном состоянии (Ws {\ displaystyle W_ {s }}), обычно в воде.

    плотность = плотность воды⋅WdWw − Ws {\ displaystyle {\ mbox {density}} = {\ frac {{\ mbox {плотность воды}} \ cdot W_ {d}} {W_ {w} -W_ { s}}}}

    Прочие единицы

    Плотность в основных единицах СИ выражается в килограммах на кубический метр (кг / м 3 ).Другие единицы, полностью входящие в СИ, включают граммы на кубический сантиметр (г / см 3 ) и мегаграммы на кубический метр (Мг / м 3 ). Поскольку и литр, и тонна или метрическая тонна также приемлемы для использования с СИ, также используются самые разные единицы измерения, такие как килограммы на литр (кг / л).
    Имперские единицы или обычные единицы США, единицы плотности включают фунты на кубический фут (фунт / фут³), фунты на кубический ярд (фунт / ярд³), фунты на кубический дюйм (фунт / дюйм³), унции на кубический дюйм (унция / дюйм³). ), фунтов на галлон (для U.S. или британские галлоны) (фунт / галлон), фунты на бушель США (фунт / бушель), в некоторых инженерных расчетах пробки на кубический фут и другие менее распространенные единицы.

    Максимальная плотность чистой воды при давлении в одну стандартную атмосферу составляет 999,861 кг / м 3 ; это происходит при температуре около 3,98 ° C (277,13 K).

    С 1901 по 1964 год литр определялся как объем 1 кг воды с максимальной плотностью, а максимальная плотность чистой воды составляла 1000000 кг / л (теперь 0.999 972 кг / л). Однако в то время как это определение литра действовало, как и сейчас, максимальная плотность чистой воды составляла 0,999 972 кг / дм 3 . В течение этого периода студентам пришлось усвоить тот эзотерический факт, что кубический сантиметр и миллилитр были немного разными объемами, а 1 мл = 1.000 028 см³. (В более ранней литературе часто указывается как 1.000 027 см³).

    Плотность определяет «порядок» появления каждого вещества в бутылке. Например, если вещество A имеет плотность.64 г / см 3 и Вещество B имеет плотность 0,84 г / см 3 , Вещество A будет выше Вещества B в контейнере из-за того простого факта, что его плотность ниже. Один из примеров — масло и вода, где масло останется наверху.

    Измерение плотности

    Распространенным устройством для измерения плотности жидкости является пикнометр. Устройство для измерения абсолютной плотности твердого тела — газовый пикнометр.

    Для прямоугольного твердого тела можно использовать формулу Масса / (Длина x Ширина x Высота).Для твердого тела неправильной формы можно использовать Displacement (жидкость) вместо L x W x H.

    Относительная плотность

    Относительная плотность (известная как удельный вес , когда референт воды) является мерой плотности материала. Он безразмерен, равен плотности материала, деленной на некоторую эталонную плотность (чаще всего плотность воды, но иногда и воздуха при сравнении с газами):

    Относительная плотность = ρobjectρreference {\ displaystyle Относительная плотность = {\ frac {\ rho _ {object}} {\ rho _ {reference}}}}

    где

    ρ {\ displaystyle \ rho} обозначает плотность.

    Поскольку плотность воды составляет 1,0 × 10 3 кг / м 3 в единицах СИ, относительная плотность материала приблизительно равна плотности материала, измеренной в кг / м 3 , деленной на 1000 (плотность воды). Единиц измерения нет.

    Плотность воды также может быть измерена примерно как один грамм на кубический сантиметр (при максимальной плотности) в единицах, не относящихся к системе СИ. Таким образом, относительная плотность имеет почти то же значение, что и плотность материала, выраженная в граммах на кубический сантиметр, но без каких-либо единиц измерения.

    Относительная плотность или удельный вес часто является неоднозначным термином. Это количество часто указывается для определенной температуры. Иногда, когда это делается, это сравнение плотности товара, измеряемого при этой температуре, с плотностью воды при той же температуре. Но их также часто сравнивают с водой другой температуры.

    Относительная плотность часто выражается в следующих формах:

    Относительная плотность

    : 8,154 C20 C {\ displaystyle 8.{15}}

    Верхние индексы указывают температуру, при которой измеряется плотность материала, а нижние индексы указывают температуру воды, с которой она сравнивается.

    Плотность воды [1]

    Плотность воды при 1 атм (101,325 кПа, 14,7 фунтов на кв. Дюйм)

    Температура Плотность
    Цельсия по Фаренгейту кг / м 3
    0 ° C 32 ° F 999.8425
    4,0 ° C 39,2 ° F 999.9750
    15 ° C 59 ° F 999.1026
    20 ° C 68 ° F 998.2071
    25 ° C 77 ° F 998,0479
    37,0 ° С 98,6 ° F 993,3316
    100 ° C 212 ° F 958,3665

    Вода почти несжимаема.Но он немного сжимается; требуется давление более 400 кПа или 4 атмосферы, прежде чем вода сможет достичь плотности 1000000 кг / м 3 при любой температуре.

    Относительная плотность часто используется геологами и минералогами для определения содержания минералов в породе или другом образце. Геммологи используют его как вспомогательное средство при идентификации драгоценных камней. Причина, по которой относительная плотность измеряется через плотность воды, заключается в том, что это самый простой способ измерить ее в полевых условиях.По сути, плотность определяется как масса образца, деленная на его объем. С камнем неправильной формы может быть очень трудно точно измерить объем. Один из способов — поместить его в заполненный водой градуированный цилиндр и посмотреть, сколько воды он вытесняет. Относительную плотность легче и, возможно, точнее измерить без измерения объема. Просто подвесьте образец на пружинных весах и взвесьте его под водой. Следующая формула для измерения удельного веса:

    G = WW − F {\ displaystyle G = {\ frac {W} {W-F}}}

    где

    G — относительная плотность,
    W — вес образца (измеряется в фунтах-силах, ньютонах или других единицах силы),
    F — сила, измеренная в тех же единицах, когда образец был погружен.

    Обратите внимание, что с помощью этого метода трудно измерить относительную плотность меньше единицы, потому что для этого знак F должен измениться, что требует измерения направленной вниз силы, необходимой для удержания образца под водой.

    Другой практический метод использует три измерения. Минеральный образец взвешивают в сухом виде. Затем контейнер, до краев заполненный водой, взвешивают и снова взвешивают с погруженным образцом после того, как вытесненная вода переливается и удаляется.Вычитание последнего показания из суммы первых двух показаний дает вес вытесненной воды. Результат относительной плотности — это вес сухого образца, деленный на вес вытесненной воды. Этот метод работает с весами, которые не могут легко вместить взвешенный образец, а также позволяет измерять образцы, которые менее плотны, чем вода. Поверхностное натяжение воды может удерживать значительное количество воды от перелива, что особенно проблематично для небольших погружаемых предметов.Обходной путь — использовать емкость для воды с как можно меньшим горлышком.

    Удельный вес воды

    Удельный вес определяется как отношение удельного веса материала к удельному весу дистиллированной воды. (S = удельный вес материала / удельный вес воды). Это означает, что если удельный вес примерно равен 1.000, то удельный вес материала близок к удельному весу воды. Если удельный вес большой, это означает, что удельный вес материала намного больше, чем удельный вес воды, а если удельный вес небольшой, это означает, что удельный вес материала намного меньше, чем удельный вес воды.Удельный вес газа обычно определяется путем сравнения удельного веса воздуха при температуре 20 градусов Цельсия и абсолютном давлении 101,325 кПа, где плотность составляет 1,205 кг / м 3 . Удельный вес безразмерный.

    Удельный вес биогаза ==
    Плотность биогаза при 50% -ном содержании метана составляет 1,227 кг / м 2 3 . Следовательно, удельный вес биогаза составляет 1,227.

    Почки и удельный вес ==

    Роль почек у человека — помочь организму избавиться от токсинов.Организм эффективно выводит эти токсины через мочеиспускание, а роль почек состоит в том, чтобы сконцентрировать как можно больше токсинов в минимальном количестве мочи, чтобы обеспечить более эффективное их выделение. Удельный вес мочи — это измерение плотности этих минералов и токсинов в моче по отношению к плотности воды; в основном, удельный вес измеряет концентрацию растворенных веществ в растворе.

    Тело ежеминутно вырабатывает бесчисленные токсины. В почках эти токсины растворяются в воде, поэтому организм может отфильтровать их через мочеиспускание.Здоровые почки потребляют меньше жидкости, чтобы вывести эти токсины и повысить концентрацию жидкости. Однако в нездоровой почке может потребоваться больше воды для растворения этих токсинов.

    Так бывает у человека с почечной недостаточностью. Человек с этой проблемой будет пить больше воды, чтобы учесть избыточную потерю воды, и его удельный вес будет ниже. Если почки не работают в течение длительного периода времени, потребуется больше воды, чтобы сконцентрировать такое же количество мочи.Уровень токсинов в организме будет расти, и в конечном итоге человек не сможет справиться с количеством воды, необходимым для вывода токсинов. Повышение уровня токсинов в организме не увеличивает удельный вес мочи, потому что эти токсины не проявляются в моче, которая все еще сильно разбавлена. Моча будет иметь одинаковую фиксированную плотность независимо от потребления воды.

    Пониженный удельный вес может также наблюдаться у диабетиков, которым не хватает антидиуретического гормона. Этот гормон обычно отправляет необходимое количество жидкости в кровоток, и меньше воды доступно для мочеиспускания.Недостаток АДГ увеличивает объем воды в почках. Человек с этой проблемой может мочиться до пятнадцати или двадцати литров в день с низким удельным весом. Другой случай, приводящий к низкому удельному весу, — это повреждение почечных канальцев, которые больше не могут поглощать воду. Такой случай также приведет к увеличению объема воды в моче.

    Высокий удельный вес чаще всего свидетельствует об обезвоживании. Если человек обходился без воды в течение дня, уровень воды в его крови понижается, и его мозг сигнализирует о выбросе антидиуретического гормона, который перенаправляет воду из мочи в кровоток.Естественно, меньший объем жидкости для мочеиспускания с таким же количеством токсинов приведет к более высокому удельному весу — более высокой плотности растворенных веществ.
    Есть и другие случаи, когда удельный вес может быть повышен. Когда почечное артериальное давление понижается, артерия должна компенсировать это за счет других жидкостей. Вода реабсорбируется в кровоток, чтобы уравновесить объем крови, и объем воды в моче впоследствии уменьшается. Поскольку вода также используется для контроля температуры тела, когда температура тела повышается, в почках остается меньше воды, поскольку она используется для облегчения потоотделения.

    При тестировании на удельный вес следует помнить, что ферменты или красители, используемые в диагностических тестах, могут увеличивать удельный вес.
    Образец, представленный в отчете, указывает на то, что при увеличении объема мочи удельный вес снижается. Это можно логически понять на основе когнитивного осознания того, что, когда в двух растворах имеется одинаковое количество растворенного вещества, раствор с большей жидкостью будет менее плотным, чем раствор с меньшей жидкостью. Как указывалось ранее, удельный вес измеряет уровни концентрации растворенного вещества в растворе, следовательно, раствор большего объема имеет более низкий удельный вес.

    Плотность веществ

    Возможно, самая высокая из известных плотностей достигнута в веществе нейтронной звезды (нейтронии). Сингулярность в центре черной дыры, согласно общей теории относительности, не имеет объема, поэтому ее плотность не определена.

    Самым плотным естественным веществом на Земле, по-видимому, является иридий, его плотность составляет около 22650 кг / м. 3 . Однако, поскольку этот расчет требует сильной теоретической основы, а разница между иридием и осмием настолько мала, окончательно заявить, что один или другой более плотный, в настоящее время невозможно.

    Таблица масс различных веществ:

    Плотность воздуха ρ в зависимости от температуры ° C
    T , ° C ρ в кг / м 3
    — 10 1,341
    — 5 1,316
    0 1,293
    + 5 1,269
    + 10 1.247
    + 15 1,225
    + 20 1,204
    + 25 1,184
    + 30 1,164

    Обратите внимание на низкую плотность алюминия по сравнению с большинством других металлов. По этой причине самолеты изготавливаются из алюминия. Также обратите внимание, что воздух имеет ненулевую, хотя и небольшую, плотность. Аэрогель — самое легкое твердое вещество в мире.

    Банкноты

    1. ↑ Daniel Harris, Quantitative Chemical Analysis , 4-е изд., 36, W. H. Freeman and Company, New York, 1995. ISBN 9780716728818

    Кредиты

    Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия
    в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа.Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

    История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

    Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

    Плотность
    — Физическая собственность

    Мы сказали, что химики определяют свойства вещества, особенно те свойства, которые помогают определить состав образца.Мы можем измерить массу и объем образца, как это было сделано для нескольких образцов железа, результаты показаны в таблице 2.7. Однако ни их массы, ни их объемы не показывают, что все образцы являются железными, но все образцы имеют одинаковое отношение массы к объему, как показано в крайнем правом столбце. Это соотношение называется плотностью.

    ТАБЛИЦА 2.7 Масса, объем и плотность образцов железа
    Образец Объем (см 3 ) Масса (г) Плотность (г / см 3 )
    А 1.05 8,25 7,86
    B 25,63 201,5 7,862
    С 90,7 713 7,86
    Д 0,02471 0,1942 7.859

    Все образцы вещества одного вида в одинаковых условиях имеют одинаковую плотность. Плотность — это физическое свойство, которое характеризует и идентифицирует конкретный вид материи (см. Рисунок 2.6). В таблице 2.8 перечислены плотности некоторых обычных твердых тел и жидкостей при нормальных условиях.

    Плотность твердых веществ обычно указывается в граммах на кубический сантиметр (г / см 3 ), плотность газов — в граммах на литр (г / л), а плотность жидкостей — в граммах на миллилитр (г / мл).Напомним из таблицы 2.1, что 1 мл = 1 см 3 . В этих единицах плотность воды составляет 1.000 г / мл при 4 ° C. Основываясь на информации, приведенной в таблице 2.8, мы можем сделать некоторые основные наблюдения. Плотность большинства металлов выше, чем у воды. Плотность жидкостей различается; некоторые из них менее плотные, чем вода, тогда как другие более плотные. Например, плотность бензина примерно на 30% меньше, чем у воды, а плотность хлороформа примерно на 50% больше.

    Плотность зависит от температуры.Например, плотность воды при 4 ° C составляет 1.000 г / мл, а при 80 ° C — 0,9718 г / мл; плотность кислорода составляет 1,43 г / л при 0 ° C и 1,10 г / л при 80 ° C. За исключением воды, плотности в таблице 2.8 приведены при 0 ° C.

    РИСУНОК 2.6 Плотность ртути (13,6 г / мл) по сравнению с плотностью воды (1.000 г / мл). 1 мл ртути соответствует 13,6 мл воды. Ртуть — одна из самых тяжелых известных жидкостей.

    ТАБЛИЦА 2.8 Плотности некоторых распространенных твердых тел и жидкостей под
    нормальные условия
    Металлы (г / см 3 ) Прочие твердые вещества (г / см 3 ) Жидкости (г / мл)
    алюминий 2.70 кость 1,85 хлороформ 1.49
    золото 19,32 сливочное масло 0,86 этиловый спирт 0,791
    магний 1,74 пробка 0,24 бензин 0.67
    ртуть 13,59 алмаз 3,51 вода (4 ° C) 1.000
    натрий 0,97 сахар 1,59

    Плотность — это коэффициент преобразования, который связывает массу с объемом.Если вы знаете два из
    три величины (масса, объем и плотность), вы можете вычислить третью.

    Часто, особенно при обсуждении жидкостей, указывается удельный вес, а не плотность. Удельный вес (уд. Г / г) вещества — это отношение его плотности к плотности эталонного вещества:

    Удельный вес = плотность вещества


    плотность стандартного вещества

    Обычно вода является эталонным веществом для сравнения твердых тел и жидкостей, а воздух — эталонным веществом для сравнения газов.

    Значение удельного веса должно указывать температуру, при которой были измерены плотности. Удельный вес не имеет единиц измерения, потому что при его вычислении единицы плотности исключаются. Например, мы рассчитываем удельный вес бензола при 20 ° C следующим образом:

    Сколько весит вода?

    Вес воды может меняться в зависимости от таких факторов, как температура или добавленная соль.

    Кредит изображения: alvarez / E + / GettyImages

    Наша жизнь вращается вокруг воды — для гидратации, отдыха и многого другого.А понимание того, как такие факторы, как температура, состояние и плотность влияют на вес воды, может помочь вам в приготовлении пищи.

    Какой вес воды?

    Ученые используют две системы измерения для определения веса воды. По данным Национальной медицинской библиотеки, в метрической системе, которая более широко используется во всем мире и в кулинарии, удельный вес воды составляет примерно 1 грамм на кубический сантиметр при 25 градусах Цельсия. В имперских измерениях это около 62.4 фунта на кубический фут при 77 градусах по Фаренгейту.

    Но вес воды лучше всего понять, если подумать о нем в терминах обычных величин:

    Вариации веса воды

    Вес воды является приблизительным, поскольку согласно данным Геологической службы США, он может варьироваться в зависимости от таких факторов, как температура и давление. Он также может колебаться, если в воде есть вещества, например соль.

    Вес воды очень важен для приготовления пищи.Многие рецепты основаны на весе ингредиентов, а не на фиксированных количествах, таких как столовые ложки или чашки. Так что, если вам не хватает весов для еды, приблизительное понимание того, сколько весит определенное количество воды, может помочь вам в любом приеме пищи.

    Плотность любого вещества будет меняться, поскольку такие факторы, как температура и давление, заставляют материал расширяться и сжиматься, и вода не является исключением, согласно USGS.

    Плотность — это мера массы вещества в соответствии с Комиссией по ядерному регулированию США (NRC).Небольшой объем очень плотного материала, такого как свинец, будет тяжелым, тогда как большой объем материала с низкой плотностью, такого как пенополистирол, весит намного меньше.

    Плотность обычно указывается в единицах массы на объем; например, граммы на кубический сантиметр. На Земле это означает, что плотность воды при комнатной температуре такая же, как и вес, указанный выше, согласно USGS.

    Большинство людей не делают различия между массой и весом, но для ученого это два разных измерения.Согласно NRC, масса — это реальная физическая масса вещества. Вес — это сила, с которой гравитация тянет эту массу.

    Например, кошка имеет большую массу, чем мышь. Но кошка на Луне может весить меньше, чем мышь на Земле из-за другого гравитационного притяжения. Но поскольку вы, вероятно, имеете дело только с водой на Земле, вес воды не будет колебаться в зависимости от силы тяжести.

    Однако вес и плотность воды могут изменяться в зависимости от ее состояния. Согласно USGS, помимо жидкости, вода может быть твердой (лед) или газообразной (пар).Плотность льда, газа и жидкости различна, что, следовательно, меняет вес воды от формы к форме.

    Вы когда-нибудь задумывались, почему лед плавает? Это потому, что лед менее плотный, чем вода. По данным Геологической службы США, когда вода замерзает при 32 градусах по Фаренгейту (0 градусов Цельсия), ее молекулы расширяются, образуя более жесткую структуру.

    Пар, с другой стороны, возникает, когда жидкая вода достигает 212 градусов по Фаренгейту (100 градусов Цельсия), и молекулы быстро перемещаются и испаряются, согласно USGS.Следовательно, газ менее плотен, чем другие состояния воды.

    Тогда стоит подумать о соленой воде. Согласно USGS, соленая вода более плотная и, следовательно, весит больше, чем пресная вода из-за добавленной массы соли.

    Плотность минералов | Неделя наук о Земле

    Плотность — внутреннее физическое свойство минералов, которое связано с составом минерала и структурой расположения атомов минерала. «Внутренний» означает, что свойство одинаково для минерала, независимо от размера или формы образца.

    В этом упражнении студенты будут измерять и сравнивать плотности минералов.

    Материалы

    • Один градуированный цилиндр на 1-2 литра с градуировкой не более 10 мл и весом около 1-200 граммов
    • Образцы нескольких различных идентифицированных минералов различной плотности
    • Дополнительные материалы: Полная информация о плотности, рабочий лист плотности, диаграмма плотности находятся на сайте www.MineralsEducationCoalition.org/ESW

    Горячее золото

    Ранний U.Поселенцы С. разыскивали россыпные месторождения золота. Промывка золота — это процесс отделения золотых хлопьев и самородков от окружающей грязи. Промывка золота работает, потому что плотность золота в шесть раз больше плотности грязи, в которой оно находится. Найдите все материалы, необходимые для промывки золота в вашем классе, на сайте www.MineralsEducationCoalition.org/ESW.

    Процедура

    1. Оценка плотности : Вы можете определить относительную плотность минералов, сравнив их размер (оцениваемый на глаз) с тем, насколько тяжелыми они кажутся в вашей руке.Запишите свои результаты.
    1. Измерение плотности : Измерьте массу (в граммах) каждого доступного вам образца минерала. Масса каждого образца измеряется с помощью весов или электронных весов. Запишите массу на графике.

    Объем каждой пробы можно измерить по количеству воды, вытесненной пробой в градуированном цилиндре. Наполовину заполните мерный цилиндр водой. Отметьте объем воды и запишите его. Поместите каждый образец минерала в цилиндр и запишите уровень воды в градуированном цилиндре для каждого образца.Рассчитайте объем каждого образца, вычтя начальный объем воды из объема после добавления образца. Запишите объем каждой пробы на диаграмме в миллилитрах (мл).

    Измерьте плотность, разделив массу или вес образца на его объем. Записанная формула для расчета плотности: D = M / V, где D = плотность (г / мл), M = масса (г) и V = объем (мл). Запишите плотность каждого образца на диаграмме в граммах на миллилитр (г / мл).

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *