✅Густина речовини – опис, визначення

Як відомо з курсу фізики 7 класу, однією з найважливіших характеристик будь-якого тіла є його маса. Великі тіла, як правило, важкі, дрібні — легкі. Однак, якщо тіла мають однакові розміри, вони зовсім не обов’язково матимуть одну і ту ж масу. І це обов’язково відіб’ється на фізичних явищах цих тіл. Як у фізиці враховується різна маса однакових за розміром тіл?

Маса і густина речовини

Кулька для настільного тенісу важить 2,7 г.

Але такий же за розміром кулька з дерева буде важити 15-20 г, а з заліза — 260 г. Якщо ж кулька виготовити зі свинцю, його маса досягне 380 г.

Настільки велика різниця в масі однакових за розміром тіл пояснюється тим, що елементарні частинки всередині різних речовин мають різне просторове розташування, і в одному і тому ж обсязі поміщається різна їх кількість. Наприклад, в ядрах атомів свинцю в середньому 208 нуклонів, що складають основну масу. А в ядрах заліза – тільки 56 нуклонів. У ядрах елементів, з яких складаються молекули дерева і повітря, нуклонів ще менше.

Мало того, в складі молекул і кристалічних решіток атоми можуть перебувати на різних відстанях, і в одному і тому ж обсязі буде поміщатися їх різну кількість.

Нарешті, в газах молекули знаходяться один від одного на відносно великих відстанях, це і пояснює легкість газів (і малу масу кульки від пінг-понгу, на 99% заповненого повітрям).

Виникає питання: Як врахувати цю різницю?

У фізиці для цього використовується спеціальна величина – густина, яка показує, наскільки сильно «упаковано» речовина в даному обсязі.

У наведеному прикладі найвища густина буде у свинцевого кульки, найменша — у Кульки для пінг-понгу.

Формула густини речовини

Густина речовини дорівнює відношенню маси речовини до обсягу, який ця маса займає. Густина позначається грецькою буквою ρ (ро).

Тобто, якщо об’єм тіла позначити буквою V, а масу – m, то формула густини речовини набуде вигляду:

З даної формули можна отримати одиницю густини. Оскільки маса вимірюється в кілограмах, а обсяг – в кубічних метрах, то одиницею вимірювання густини буде кілограм на кубічний метр.

Фізичний сенс густина – це маса одного кубічного метра даної речовини.

Використання густини в розрахунках

Густина речовини – це таблична величина, і вона дозволяє по відомій масі обчислити обсяг тіла, або навпаки, отримати масу тіла відомого обсягу.

Наприклад, в наведеному прикладі з кульками з різних речовин не потрібно виготовляти кульки, щоб знати їх масу. Досить виміряти діаметр кульки (для настільного тенісу він становить 0,04 м) і за геометричними формулами обчислити його обсяг (він складе 0,0000335 куб.м). Множачи отриманий обсяг на густина речовини, взяту з таблиці, можна отримати вагу кульки, не виготовляючи і не зважуючи його. Наприклад, скляна кулька такого розміру буде важити близько 85 г, а Золота кулька — 647 г.

Густина можна виміряти не тільки для твердих, але і для рідких і газоподібних тел.наприклад, густина повітря становить 1,29 кг на кубічний метр.

А значить, повітря, що знаходиться в кімнаті середніх розмірів (наприклад, $6 \ times 3.5 \ times 3$м) важить близько 80 кг! Цілком помітна маса, хоча зазвичай здається, що повітря нічого не важить. Маса і щільність повітря вперше була визначена г. Галілеєм шляхом зважування судини до і після відкачування з нього повітря.

Що ми дізналися?

Густина – це фізична величина, що показує, наскільки сильно “упаковано” речовина в даному обсязі. Вона дорівнює відношенню маси речовини до обсягу, займаному цією масою, і вимірюється в кілограмах на кубічний метр.

✅Густина речовини: формула, розрахунок

Все навколо нас складається з різних речовин. Кораблі та лазні будують з дерева, праски і розкладачки роблять із заліза, покришки на колесах і зтирачки на олівцях – з гуми.

І різні предмети мають різну вагу – будь-який з нас без проблем донесе з ринку соковиту стиглу диню, а ось над гирею такого ж розміру вже доведеться попітніти.

Всі пам’ятають знаменитий жарт: «Що важче? Кілограм цвяхів або кілограм пуху? ». Ми-то вже не попадемося на цю дитячу виверт, ми знаємо, що вага і того й іншого буде однаковим, а от обсяг буде істотно відрізнятися. Так чому це відбувається? Чому різні тіла і речовини мають різну вагу при однаковому розмірі? Або навпаки, однакову вагу при різному розмірі?

Очевидно, що є якась характеристика, внаслідок якої речовини так відрізняються один від одного. У фізиці ця характеристика має назву густина речовини і проходиться у сьомому класі.

Густина речовини: визначення і формула

Визначення густини речовини наступне: густина показує, чому дорівнює маса речовини в одиниці об’єму, наприклад, в одному кубічному метрі. Так, густина води 1000 кг/м 3 , а льоду – 900 кг/м 3 , саме тому лід легше і знаходиться зверху взимку на водоймах.

Тобто, що показує нам густина речовини в даному випадку? Густина льоду рівна 900 кг/м 3 , означає, що куб льоду зі сторонами 1 метр важить 900 кг. А формула для визначення густини речовини наступна: густина = маса/об’єм.

Позначаються величини, що входять в цей вираз, так: маса – m, об’єм тіла -V, а густина позначається буквою ρ (греч.буква «ро »). І формула можна записати наступним чином:

Як знайти густину речовини

Як знайти або розрахувати густину певної речовини? Для цього потрібно знати об’єм тіла і масу тіла. Тобто, ми вимірюємо речовина, зважуємо, а потім отримані дані просто підставляємо у формулу і знаходимо потрібне нам значення.

А в чому вимірюється густина речовини зрозуміло з формули. Вимірюється вона в кілограмах на метр кубічний. Іноді використовують ще таке значення, як грам на сантиметр кубічний.

Перерахувати одну величину в іншу дуже просто. 1 г = 0,001 кг, а 1 см 3 = 0,000001 м 3 . Відповідно 1 г/(см) 3 = 1000 кг/м 3 . Ще слід пам’ятати, що густина речовини різна в різних агрегатних станах. Тобто в твердому, рідкому чи газоподібному. Густина твердих тіл, найчастіше, вище густини рідин і набагато вище густини газів.

Мабуть, дуже корисне для нас виняток – це вода, яка, як ми вже розглядали, у твердому стані важить менше, ніж у рідкому. Саме внаслідок цієї дивної особливості води на Землі можливе життя. Життя на нашій планеті, як відомо, сталася з океанів.

А якби вода поводилася, як і всі інші речовини, то вода в морях і океанах промерзла б наскрізь, лід, будучи важче води, опустився б на дно і лежав там, не розтаючи. І тільки на екваторі в невеликій товщі води існувала б життя у вигляді декількох видів бактерій. Так що можна сказати спасибі воді за те, що ми існуємо.

Таблиця з поясненнями на тему: “Густина речовини: поняття, формула та методи розрахунку”

Висновок

Густина – це фундаментальна фізична величина, яка відображає масу речовини на одиницю її об’єму. Вона важлива для різних наукових і технічних дисциплін і дозволяє визначати властивості матеріалів, розраховувати необхідні параметри у різних галузях, від матеріалознавства до геології.

Знання густини допомагає розуміти, як різні речовини будуть взаємодіяти в різних умовах, наприклад, які речовини будуть плавати або тонути у воді.