Фізика. Повторне видання. 7 клас. Засєкіна

§ 9. Визначаємо густину речовини

• Чи завжди два тіла, які мають однакові об'єми, мають однакову масу?

ДОСЛІДЖУЙ

1. Поклади на шальки терезів два тіла, однакові за об’ємом, але з різних речовин. Спостерігай за положенням шальок. Поклади на шальки терезів тіла, однакові за масою, але виготовлені з різних речовин. Порівняй об’єми цих тіл. Зроби висновки.

2. Визнач об’єм камінця за допомогою градуйованої склянки з водою (мал. 9.1). З’ясуй його масу. Поділи значення маси на значення об’єму. Вітаємо! Тобі вдалося дізнатися густину речовини камінця.

Мал. 9.1

ДІЗНАВАЙСЯ

У чому відмінність термінів «густина речовини» й «густина тіла»? Результати виконання завдання 1 переконують, що різні тіла однакової маси займають різні об’єми. Тобто існує певна характеристика, за якою ці тіла різняться, — густина.

У завданні 2 тобі вдалося визначити її.

На мою думку, терміни густина речовини та густина тіла мають однакове значення, адже ми щойно визначали густину речовини камінця. Камінець — це тіло.

А якби ми вимірювали об’єм і масу, наприклад, олівця або горіха? Як тоді бути? Адже олівець містить графітовий стрижень і дерев’яний корпус, а горіх — порожнистий.

У разі однорідного (тобто такого, що складається з речовини одного виду) й суцільного (тобто не містить порожнин) тіла ми маємо справу з густиною речовини, з якої його виготовлено.

Густина речовини (density) — фізична величина, яка характеризує речовину й дорівнює відношенню маси суцільного тіла, виготовленого із цієї речовини, до об’єму цього тіла.

Дані про густину деяких речовин наведено в таблиці 9.1.

Таблиця 9.1. Густина деяких речовин у твердому стані

Продовження таблиці 9.1

у рідкому стані

у газоподібному стані за нормальних умов (t = 0 °С, атмосферний тиск 760 мм рт. ст.)

Значення густини інших речовин містять спеціальні фізичні довідники.

Речовини з найбільшою густиною й найрозрідженіші речовини виявлено в космосі. Наприклад, густина речовини деяких зір така велика, що маса сірникової коробки із цієї речовини становила б 127 т. А в міжзоряному просторі речовини майже немає, на 1 м³ тут трапляється лише 1 атом, і густина такої речовини наближена до нуля.

Усі речовини складаються з молекул (або інших частинок), і масу будь-якого тіла можна визначити як суму мас його молекул (частинок). Наприклад, маса краплі води дорівнює добутку маси однієї молекули на число молекул у краплі. Густину речовини можна також обчислити за масою молекули та їх кількістю в одиниці об’єму.

Чи змінюється значення густини речовини?

Як ти вважаєш, густина речовини в рідкому або газоподібному стані однакова? Не поспішай із відповіддю. Подумай.

Це означає, що в 1 м³ газоподібного або рідкого кисню міститься різна кількість молекул. Справді, у газах молекули розташовані на більших відстанях одна від одної, ніж у рідинах. Тому їх кількість в 1 м³ газу менша, ніж в 1 м³ рідини. Отже, можна стверджувати, що густина речовини характеризує щільність розташування в ній молекул.

Як ти вважаєш, густина речовини залежатиме від температури?

Тобі відомо, що тверді тіла, рідини й гази, як правило, під час нагрівання розширюються, а під час охолодження — стискаються. Винятками є вода, чавун і деякі інші речовини.

Під час нагрівання збільшується швидкість руху молекул, унаслідок чого збільшується середня відстань між молекулами, а отже, й об’єм тіла. Кількість молекул не змінюється, тож і маса речовини не змінюється. Як наслідок, густина зменшується. Під час охолодження, навпаки, — густина речовини збільшується.

Тепер мені зрозуміло, чому в таблиці 9.1 (с. 92) саме для газів указано їх значення за t = 0 °С і нормального атмосферного тиску.

Пригадай і назви природні явища, що вивчали на уроках географії або природознавчих курсів, у яких відбувається зміна густини повітря (мал. 9.2).

Мал. 9.2

ДУМАЙ

1. Які є способи визначення густини речовини?

2. Чому густина газів менша за густину рідин і густину твердих тіл?

3. У циліндрі під поршнем міститься кисень. Поршень опускають. Поясни, як змінюється: а) маса газу; б) об’єм газу; в) густина газу.

УЧИСЯ РОЗВ’ЯЗУВАТИ ФІЗИЧНІ ЗАДАЧІ

ЗАДАЧА 1

Кубик із ребром, що дорівнює 2 см, має масу 22 г. Визнач густину матеріалу, з якого виготовлено кубик.

ЗАДАЧА 2

Свинцева куля об’ємом 40 см³ має масу 0,565 кг. З’ясуй, суцільна ця куля чи порожниста. Якщо куля порожниста, визнач об’єм порожнини.

ДІЙ

РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ

1. З двох тіл однакового об’єму друге має в 7 разів меншу масу, ніж перше. У якого тіла маса одиниці об’єму речовини більша? У скільки разів?

2. Об’єм металевого виробу — 50 см³, а його маса — 355 г. Обчисли густину цього металу. Який метал має таку густину?

3. Яка густина рідини, 125 л якої мають масу 100 кг?

5. Об’єм залізної деталі — 750 дм³. Визнач масу деталі.

6. Посудина, яку наповнили бензином, має масу 2 кг. Така сама посудина без бензину має масу 600 г. Визнач місткість посудини.

7. Маса срібної фігурки — 707 г, а її об’єм — 0,7 дм³. Визнач, чи суцільна ця фігурка.

8. Скільки молекул міститься в 1 м³ води, якщо маса однієї молекули — 3 • 10^-26 кг.

9. Алюмінієвий циліндр масою 1,35 кг повністю занурили в посудину, до країв наповнену спиртом. Якою є маса спирту, що вилився?

10. Визнач масу порожнистого куба, виготовленого з латуні, якщо товщина стінок — 2 см, а довжина ребра — 8 см.

11. Яка довжина мідного дроту, змотаного в моток із середнім діаметром 0,5 м, якщо маса дроту становить 22 кг, а діаметр дроту — 2 мм? Скільки приблизно витків дроту в мотку?

ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ

1. Сплануй і проведи експерименти з визначення густини бруска мила, картоплини, молока. Обладнання добери самостійно.

2. Густина якої речовини більша: цукру чи кухонної солі? Поясни, чи можна це встановити без обчислень лише на підставі повсякденного досвіду. Сплануй і виконай цей дослід. Використай однакові сірникові коробки, терези й/або електронні ваги, щоб підтвердити чи спростувати свої міркування. Підготуй фото чи відеозвіт про дослідження і презентуй його в класі. Поясни, у чому особливість густини солі й цукру порівняно з густиною води чи мила.

3. Висунь гіпотезу, що відбуватиметься з картоплиною, яка міститься у склянці з водою, якщо у склянку поступово додавати сіль. Перевір гіпотезу. Поясни експеримент.

4. Визнач середню густину власного тіла, знаючи свою масу. Скористайся значенням об’єму тіла, яке визначав / визначала в завданні 3 (с. 24).

5. Розглянь малюнок 9.3. Запропонуй спосіб визначення маси води, що виллється з відливної посудини, якщо в неї повільно занурити алюмінієвий кубик із ребром 3 см. Опиши його з наукового погляду та як план технологічного процесу.