Фізика. 7 клас. Пшенічка

§ 19. Маса тіла. Густина речовини

Усі матеріальні тіла притягуються до Землі. Тіла однакової маси однаково притягуються до Землі, тому цю властивість використовують при вимірюванні маси.

ВИЗНАЧЕННЯ МАСИ ТІЛА

Масу тіла позначають літерою m і вимірюють за допомогою важільних терезів. Основа терезів (мал. 19.2) - це коромисло, яке може вільно обертатися навколо осі, що знаходиться посередині й закріплена на вертикально розташованій опорі. До кінців коромисла підвішені дві шальки, які перед зважуванням мають розташовуватися горизонтально, тобто перебувати в стані рівноваги.

Мал. 19.1. Еталон 1 кг

Мал. 19.2. Масу тіла визначають за допомогою важільних терезів

Мал. 19.3. Набір важків для зважування

На одну шальку терезів кладуть тіло, масу якого хочуть визначити, а на другу - важки (мал. 19.3), маса яких відома. Важки добирають так, щоб відновилася рівновага терезів. Сумарна маса всіх важків дорівнює шуканій масі тіла.

За еталон маси спочатку взяли масу 1 літра (1 л) дистильованої води при температурі 4°С. Це вода, очищена від солей і порошинок, її використовують в аптеках для виготовлення ліків, доливають в автомобільний акумулятор. Зараз еталоном маси є циліндр (його висота 39 мм, діаметр 39 мм) із платино-іридієвого сплаву (90% платини, 10% іридію). Це - 1 кг (кілограм) - основна одиниця маси в СІ. Важки, які використовуються при визначенні маси,- копії еталона. Використовують як більші, так і менші, ніж 1 кг, одиниці маси (табл. 19.1).

Таблиця 19.1

Співвідношення між одиницями маси

1 т (тонна) = 1 000 кг	1 кг = 0,001 т
1 кг = 1 000 г (грам)	1 г = 0,001 кг
1 г = 1 000 мг (міліграм)	1 мг = 0,001 г
1 мг= 1 000 мкг (мікрограм)	1 мкг = 0,000 001 г

Таблиця 19.2

Маса деяких тіл

Тіло	Маса
Крильце мухи	50 мкг
М'ячик для настільного тенісу	2,5 г
Футбольний м'яч	400 г
Велосипед	12-14 кг
Людина (у середньому)	70 кг
Легковий автомобіль	1 500 кг
Слон	4 т
Трактор	10 т
Пасажирський вагон	50 т
Кит	100 т

* АТОМНА ОДИНИЦЯ МАСИ

Маси протона та нейтрона приблизно дорівнюють 1 а. о. м. Маса атома Гідрогену - 1 а. о. м., Карбону - 12 а. о. м., Урану - 238 а. о. м. Маса електрона в 1836 разів менша, ніж маса протона.

ГУСТИНА РЕЧОВИНИ

Густина речовини - це маса одиниці об'єму цієї речовини. Позначимо об'єм літерою V, а масу деякої кількості однорідної речовини - m. Їх відношення назвемо густиною й позначимо грецькою літерою p (читається «ро»). Тоді формула густини буде виглядати так:

Найчастіше використовують такі одиниці густини: кг/м³ та г/см³.

ПРИКЛАД 19.1

Маса одного літра води приблизно дорівнює 1 кг. Це означає, що густина води дорівнює 1 кг/л. Оскільки літр має 1000 см³, а 1 кг = 1000 г, то 1 кг/л = 1 г/см³ = 1000 кг/м³.

Знаючи густину речовини, з якої складається тіло, та його об'єм, можна знайти масу тіла:

m = р • V (19.2)

ГУСТИНА ТІЛА

Тіло може мати порожнини, тобто не бути суцільним, або складатися з речовин різної густини. У цьому випадку можна визначити середню густину тіла, поділивши всю масу тіла на весь його об'єм. Так, густина корабля, корпус якого зроблено зі сталі, менша за густину води (інакше він би не плавав), тому що всередині багато пустот.

Щоб отримати густини речовин у кг/м³, потрібно дані, наведені в таблиці 19.3, помножити на 1000. Наприклад, густина льоду: 0,9 г/см³ = 900 кг/м³.

Таблиця 19.3

Густини деяких речовин у твердому, рідкому та газоподібному станах (кг/дм³ або г/см³)

ТВЕРДІ ТІЛА
Пухкий сніг		0,1	Корок		0,24	Пінобетон		0,5-0,9
Дерево		0,8	Лід		0,9	Гума		0,92
Папір		0,7-1,2	Плексиглас		1,2	Пісок		1,7
Алюміній		2,7	Алмаз		3,5	Скло		2,4-2,6
Мідь		8,9	Сталь		7,85	Срібло		10,49
Свинець		11,34	Уран		19,0	Золото		19,29
Платина		21,45	Іридій		22,42	Осмій		22,6
Тіло людини ≈ 1 г/см3
РІДИНИ
Вода (4°)		0,999973	Вода (10°)		0,99970	Вода (20°)		0,99820
Вода (50°)		0,9981	Вода (100°)		0,95835	Важка вода		1,105
Морська вода		1,03	Спирт		0,83	Бензин		0,78
Гас		0,8	Ртуть		13,546	Нафта		0,8
ГАЗИ (0° С, 760 мм рт. ст.)
Водень	0,09		Гелій	0,18		Азот	1,25
Повітря	1,29		Кисень	1,43
ПРОДУКТИ
Цукор	1,61		Сіль	2,17		Борошно	0,4-0,55
Картопля	1,06		Олія	0,91

ЦЕ ЦІКАВО

Тверді тіла й рідини дуже важко стиснути, тому їхня густина мало змінюється. Густина ж газів значною мірою залежить від тиску й температури. У XIX ст. деякі гази вдалося перетворити на рідину за допомогою стискання. А от водень і гелій ніяк не піддавалися зрідженню, хоча їх стискали до густини, що перевищувала густину води.

ДОСЛІД 19.1

Визначте дослідним шляхом густину аркуша паперу формату А4. Порівняйте отриманий результат із даними, зазначеними на обгортці вашої пачки паперу.

ДОСЛІД 19.2

Визначте масу свого тіла й обчисліть за нею свій об'єм.

ТЕМА ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ

• 19.1. За допомогою атомно-молекулярної теорії спробуйте пояснити, чому відрізняються густини різних твердих речовин.
• 19.2. Введіть величину, що показує, який об'єм припадає на одиницю маси, і запишіть формулу для її розрахунку.
• 19.3. Побудуйте графік залежності густини води від температури, використовуючи дані з таблиці 19.3. Знайдіть у довідниках густину води в проміжку температур від 0 до 4°С і за цими даними побудуйте графік.

КОРОТКІ ПІДСУМКИ

• Масу тіла визначають на важільних терезах і вимірюють у СІ в кг.

ТВОРЧЕ ЗАВДАННЯ

• 19.1. Виготовте пристрій, густину якого можна змінювати від значення, меншого за густину води, до значення, більшого за густину води. Зовнішній об'єм пристрою при цьому змінюватися не повинен.

ВПРАВА 19

• 1. За допомогою якого приладу визначають масу тіл?
• 2. Яку одиницю маси використовують у СІ?
• 3. Знайдіть у таблиці 19.3 речовини з найбільшою та найменшою густиною.
• 4. Як утримуються на воді військові крейсери, виготовлені зі сталі?
• 5. Порівняйте маси електрона, протона та нейтрона.
• 6. Порівняйте густини платини та іридію. Поясніть фізичний зміст густин цих матеріалів.
• 7. Яку масу має: а) 1 м³; б) 1 см³; в) 1 дм³; г) 1 мл води?
• 8. Густина заліза дорівнює 7,87 г/см³. а) Що означає це число? б) Яка густина заліза в кг/м³? в) Чому густина заліза в центрі Землі значно більша (≈ 10 г/см³), ніж на поверхні?
• 9. Чому густина людського тіла мало відрізняється від густини води?
• 10. Визначте масу золотого злитка об'ємом 3,4 см³.
• 11. Що має більшу густину: одна зернина чи жменя зерна?
• 12. Що має більшу густину: атом чи атомне ядро?
• 13. Яка маса суцільної залізної конструкції об'ємом 6 м³?
• 14. Яку приблизно густину має платино-іридієвий сплав?
• 15. Свинцева та залізна кулі мають однаковий об'єм. Маса якої кулі більша?
• 16. Скляний та мідний кубики мають однакову масу. Об'єм якого тіла більший?
• 17. Алюмінієвий і мідний прути однакового діаметру мають однакову масу. Який із них довший?
• 18. Чи змогли б ви підняти корковий куб, довжина сторони якого дорівнює 1 м?
• 19. Назвіть дві можливі причини, через які густина сталі більша за густину алюмінію.
• 20. Один літр деякої рідини має масу 830 г. а) Яка густина цієї рідини? б) Що це за рідина?
• 21. Маса суцільного алюмінієвого куба - 2,7 кг. а) Який об'єм куба? б) Яка площа поверхні куба? в) Якою стане маса куба, якщо усі його розміри зменшити вдвічі?
• * 22. Чому густина речовин у твердому і рідкому станах практично не залежить від зовнішнього тиску?
• * 23. Оцініть масу повітря у вашій кімнаті та порівняйте її з вашою власною масою.
• * 24. Сплав золота й срібла має масу 131,4 г і об'єм 10 см³. Яку масу золота він містить? ρ_з = 19300 кг/м³, ρ_c = 10,5 г/см³.
• * 25. Як можна знайти товщину тонкої пластинки прямокутної форми, якщо є терези та відомі довжина й ширина цієї пластинки?