Статья находится на проверке у методистов Skysmart. Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат (в правом нижнем углу экрана).
Масса
Начнем с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.
В Международном бюро мер и весов в Париже есть цилиндр массой один килограмм. Материал этого цилиндра — сплав иридия и платины. Его масса равна одному килограмму, и этот цилиндр — эталон для всего мира.
Высота этого цилиндра приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно приложить немалую силу. Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона
F = ma
В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.
Закон Всемирного тяготения
F = GMm/R2
M — масса первого тела (часто планеты) [кг]
m — масса второго тела [кг]
R — расстояние между телами [м]
G — гравитационная постоянная
G = 6.67 × 10-11 м3 кг-1 с-2
Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется. Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне🙃
Откуда берется масса
Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона, например, масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.
Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.
Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс. Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.
Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.
Объем тела
Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Это важный навык — уметь объемы соотносить. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.
Например, чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.
Формула объема параллелепипеда
V = a*b*c
А для цилиндра будет справедлива такая формула:
Формула объема цилиндра
V = S*h
S — площадь основания [м^2]
Плотность вещества
Плотность — скалярная физическая величина. Определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
Формула плотности вещества
р — плотность вещества [кг/м^3]
m — масса вещества [кг]
V — объем вещества [м^3]
Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.
Ниже представлены значения плотностей для разных веществ. В дальнейшем это поможет при решении задач.
Слово «масса» мы ежедневно используем в своей жизни.
Все вещества состоят из мельчайших частичек: атомов и молекул. В разных веществах масса этих частичек разная, она зависит от параметров еще более мелких частиц, составляющих атомы и молекулы. В результате исследований было доказано, что чем плотнее атомы или молекулы расположены друг к другу, тем выше масса тела.
На сегодняшний день различают некоторые свойства вещества, с помощью которых характеризует массу тел:
Численно величина массы остается одинаковой, независимо от того, какое именно свойство рассматривается.
Инертность
Различают две разновидности массы: инертную и гравитационную.
Инертностью называется способность тела сопротивляться при попытке изменения его скорости. При этом тела разной инертной массы с разной силой оказывают такое сопротивление. Тела с разной массой, находящиеся под одинаковым воздействием внешних сил, изменяют свою скорость по-разному.
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Инертность зависит от параметров массы тела. Чем больше масса тела, тем медленнее оно будет менять скорость. Меру инертности определяет инертная масса тела. Если тела взаимодействуют между собой, то оба они изменяют свою скорость. Данный процесс сопровождается появлением ускорений у этих тел.
Отношение ускорений взаимодействующих тел равняется обратному отношению масс данных тел.
В международной системе измерений единицей измерения массы является килограмм (кг).
Свойства массы
Масса имеет определенные характеристики:
Для определения значения массы существует международный эталон. Он называется килограммом, находится во Франции и выглядит как металлический цилиндр, высотой и диаметром по 39 мм.
В международной системе измерений массу обозначают латинской маленькой буквой m. Масса – величина скалярная.
Массу тела можно определить различными способами. В основном на практике пользуются весами. Весы показывают гравитационную массу и бывают различного исполнения: пружинные, рычажные и электронные.
Для определения массы весами пользовались еще около 4 тысяч лет назад древние египтяне. К нашему времени конфигурация весов конечно же изменилась, и на сегодняшний день весы бывают различных размеров и конструкций. Существуют весы для определения массы очень маленьких по размеру тел, а также крупногабаритных объектов. Например, в химических лабораториях применяются сверхточные весы для определения небольших масс навесок, а для взвешивания автомобилей применяются крупногабаритные весы с большей погрешностью измерений.
Плотность вещества
Плотность вещества будет тем большей, чем больше плотность расположения атомов и молекул. При различных агрегатных состояниях вещества изменяется его плотность.
Не нашли что искали?
Просто напиши и мы поможем
Если вещество находится в твердом агрегатном состоянии, то степень его плотности выше, так как атомы при этом расположены плотнее. Если то же самое вещество пребывает в жидком агрегатном состоянии, его плотность уменьшается, но её значение очень близко к значению плотности в твёрдом состоянии. В газообразном агрегатном состоянии молекулы и атомы расположены на большом расстоянии друг от друга, поэтому плотность их расположения достаточно низкая. Соответственно плотность того же вещества будет иметь меньшее значение.
Любое физическое тело имеет некоторую массу. Определить массу тела можно с помощью весов – путем взвешивания. А также и более сложным способом – при взаимодействии двух тел, зная их скорости, и массу одного из них. Согласитесь, что первый способ – более легкий и практичный.
Тела имеют разные характеристики: разные размеры и формы, разные материалы, разные состояния и структуру (жидкие, твердые и газообразные), разные массы.
Сегодня мы познакомимся с такой характеристикой как плотность, она покажет и объяснит нам, как может различаться масса тел одинаковой формы и размера.
Опытное подтверждение
Рассмотрим опыт, представленный на рисунке 1.
Рисунок 1. Взвешивание двух одинаковых тел, состоящих из разных веществ.
Возьмем два одинаковых цилиндра: они одинаковой формы и объема, но изготовлены из разных материалов.
Один сделан из алюминия, а другой из свинца. Поместим их на разные чаши весов.
В итоге, мы увидим, что масса цилиндра из алюминия будет почти в 4 раза меньше массы цилиндра из свинца.
Тела, имеющие равные объемы, но состоящие из разных веществ, имеют разные массы.
На рисунке изображены 3 тела массой 100 г: лед, железо и золото.
Рисунок 2. Тела одинаковой массы, но состоящие из разных веществ.
Здесь представлены тела одинаковой массы, но взгляните на их объем. Объем льда будет почти в 8,5 раз больше объема куска железа той же массы. А объем золота будет почти в 3 раза меньше объема железа.
Тела с равными массами, но состоящие из разных веществ, имеют разные объемы.
Определение плотности вещества
Вышерассмотренные свойства веществ, из которых состоят тела, объясняется тем, что разные вещества имеют разную плотность.
На рисунке 3 приведены другие примеры тел равного объема, но состоящих из разных веществ.
Рисунок 3. Тела равного объема, состоящие из разных веществ.
Плотность – это физическая величина, которая равна отношению массы тела к его объему:
$$плотность = \frac<масса><объем>$$
$$\rho = \frac$$
Единицы измерения плотности
В СИ плотность вещества измеряется в килограммах на кубический метр ($1 \frac<кг><м^3>$).
Также часто используется другая единица измерения – граммы на кубический сантиметр ($1 \frac<г><см^3>$) (рисунок 4).
Таблицы плотности некоторых тел и веществ
Плотность одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях различна.
Рисунок 5. Плотности одного вещества в разных агрегатных состояниях.
Плотности различных твердых тел
Твердое тело
$\rho, \frac<кг><м^3>$
$\rho, \frac<г><см^3>$
Твердое тело
$\rho, \frac<кг><м^3>$
$\rho, \frac<г><см^3>$
Осмий
22 600
22,6
Мрамор
2700
2,7
Иридий
22 400
22,4
Стекло
2500
2,5
Платина
21 500
21,5
Фарфор
2300
2,3
Золото
19 300
19,3
Бетон
2300
2,3
Свинец
11 300
11,3
Кирпич
1800
1,8
Серебро
10 500
10,5
Сахар
1600
1,6
Медь
8900
8,9
Оргстекло
1200
1,2
Латунь
8500
8,5
Капрон
1100
1,1
Сталь, железо
7800
7,8
Полиэтилен
920
0,92
Олово
7300
7,3
Парафин
900
0,90
Цинк
7100
7,1
Лед
900
0,90
Чугун
7000
7,0
Дуб сухой
700
0,70
Корунд
4000
4,0
Сосна сухая
400
0,40
Алюминий
2700
2,7
Пробка
240
0,24
Таблица 1
Плотности различных жидкостей
Плотности различных газов
Примеры расчета плотности вещества
2. Канистра объемом 30 л наполнена бензином. Масса полной канистры составляет 21,3 кг. Рассчитайте плотность бензина.
Переведем литры в кубические метры ($1 л = 0,001 м^3$):
$30 \cdot 0,001 = 0,03 м^3$.
Дано: $V = 30 л$ $m = 21,3 кг$
Показать решение и ответ
Решение:
Если мы сравним полученное значение с табличным, то получим подтверждение, что задача решена верно.
3. Деревянный брусок из березы имеет следующие размеры: длину 3 м, высоту 10 см, и ширину 50 см. Масса бруска составляет 75 кг. Найдите плотность березы.
Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму. Более строгое определение плотности требует уточнение формулировки:
Содержание
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 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.
Плотность тела в точке записывается как тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от места) рассчитывается как
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 числа.
При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Правда, вода является исключением из этого правила, её плотность при затвердевании уменьшается.
Диапазон плотностей в природе
Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.
Плотности астрономических объектов
Средние плотности планет Солнечной системы и Солнца:
Плотности некоторых газов
Плотность газов и паров (0 °C, 101325 Па), кг/м³
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
Углекислый газ
1,977
Хлор
3,164
Гелий
0,178
Этилен
1,260
Плотности некоторых жидкостей
Плотность жидкостей, г/см³
Бензин
0,74
Молоко
1,04
Вода (4 °C)
1,00
Ртуть (0 °C)
13,60
Керосин
0,82
Эфир
0,72
Глицерин
1,26
Спирт
0,80
Морская вода
1,03
Скипидар
0,86
Масло оливковое
0,92
Ацетон
0,792
Масло машинное
0,91
Серная кислота
1,84
Нефть
0,81—0,85
Жидкий водород (−253 °C)
0,07
Плотность некоторых пород древесины
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
0,48
Измерение плотности
Для измерения плотности используются:
См. также
Примечания
Ссылки
Источники
Полезное
Смотреть что такое «Плотность» в других словарях:
ПЛОТНОСТЬ — ПЛОТНОСТЬ, плотности, жен. 1. только ед. отвлеч. сущ. к плотный. Плотность населения. Плотность ткани. Плотность воздуха. Плотность огня (воен.). 2. Масса какого нибудь тела, заключенная в единице его объема (физ.). За единицу плотности… … Толковый словарь Ушакова
ПЛОТНОСТЬ — (r), масса единицы объема вещества. В СИ единица плотности 1 кг/м3. Отношение плотностей двух веществ называется относительной плотностью (обычно плотность веществ определяют относительно плотности дистиллированной воды). Малой плотностью… … Современная энциклопедия
ПЛОТНОСТЬ — (обозначение r) отношение массы к объему для данного вещества, обычно выражаемое в единицах СИ как килограммы на кубический метр (кг/м 1). Эта величина является показателем концентрации частиц в материале. Плотность твердого или жидкого вещества… … Научно-технический энциклопедический словарь
плотность — густота, концентрация; массивность, тесность, коренастость, тучность, насыщенность, кряжистость, компактность, уплотненность, кучность Словарь русских синонимов. плотность компактность Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М … Словарь синонимов
плотность — (density) – это отношение массы тела к его объему. Выражается в кг/дм3 или в кг/м3. Объем зависит от температуры (в большой степени) и давления (в небольшой степени), следовательно, вязкость тоже зависит от этих параметров. С ростом температуры и … Автомобильный словарь
Плотность — (r), масса единицы объема вещества. В СИ единица плотности 1 кг/м3. Отношение плотностей двух веществ называется относительной плотностью (обычно плотность веществ определяют относительно плотности дистиллированной воды). Малой плотностью… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Плотность — – характеристика вещества, определяемая отношением массы вещества, заключенной в некотором объеме, к величине этого объема. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург 2002] Плотность – масса единичного объема … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ПЛОТНОСТЬ — (1) вещества (объёмная) одна из основных физ. характеристик вещества, в нормальных условиях численно равная отношению массы т однородного тела к его объёму V, обозначается р. В СИ выражается в кг/м3. П. вещества растёт с увеличением давления и,… … Большая политехническая энциклопедия
ПЛОТНОСТЬ — (?) масса единичного объема вещества. Величина, обратная удельному объему. Отношение плотности двух веществ называют относительной плотностью (обычно плотность веществ определяют относительно плотности дистиллированной воды) … Большой Энциклопедический словарь
ПЛОТНОСТЬ — (r), величина, определяемая для однородного в ва его массой в единице объёма. П. неоднородного в ва в определённой точке предел отношения массы т тела к его объёму V, когда объём стягивается к этой точке. Средняя П. неоднородного тела также есть… … Физическая энциклопедия
ПЛОТНОСТЬ — (Density) масса данного тела, заключенная в единице объема. За единицу плотности принимается плотность воды при 4° Цельсия. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
Рисунок 1. Взвешивание двух одинаковых тел, состоящих из разных веществ.
Рисунок 2. Тела одинаковой массы, но состоящие из разных веществ.
Рисунок 3. Тела равного объема, состоящие из разных веществ.
Рисунок 5. Плотности одного вещества в разных агрегатных состояниях.
тогда масса неоднородного тела (тела с плотностью, зависящей от места) рассчитывается как 
