МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ

Розділ ІІІ Взаємодія тіл. Сила

& 19. МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ

Визначення маси тіла.

Масу тіла позначають літерою т, і визначають за допомогою важільних терезів. Терези (мал. 19.2) складаються з коромисла, яке може вільно обертатися навколо осі, що знаходиться посередині і закріплена на вертикально розташованій опорі. До кінців коромисла підвішені дві шальки терезів, які перед зважуванням мають займати горизонтальне положення, тобто перебувати в рівновазі.

На одну шальку терезів кладуть тіло, масу якого хочуть визначити, а

на другу – важки (мал. 19.3), маса яких відома. Важки підбирають 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 при виготовленні ліків, доливають в автомобільний акумулятор. Зараз еталоном маси є циліндр (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 також як більші, так і менші за 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 миг = 0,000001 г

 МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ

Мал. 19.1. Терези застосовували ще в Стародавньому Єгипті

 МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ

Мал. 19.2. Масу тіла визначають за допомогою важільних терезів

 МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ

Мал. 19.3. Набір важків для зважування

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 (в середньому)

70 кг

Легковий автомобіль

1 500 кг

Слон

4 т

Трактор

10 т

Пасажирський

50 т

Кит

100 т

 МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ

Мал. 19.4. Еталон 1 кг

*Атомна одиниця маси

В атомній фізиці використовують атомну одиницю маси (а. о. м.).1 а. о. м. дорівнює  МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ частині маси атома Карбону. Хімічний знак Карбону – С (Carbon).

Маси протона і 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 у 1836 разів менша за масу протона.

Густина речовини

Густина речовини – це маса одиниці об’єму цієї речовини. Позначимо об’єм літерою V, а масу деякої кількості однорідної речовини – т, а їх відношення назвемо густиною й позначимо грецькою літерою р (читається “ро”). Тоді формула густини буде такою:

Р =  МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ (19.1)

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

Приклад 20.1

Маса одного літра води приблизно дорівнює 1 кг, це означає, що густина води дорівнює 1  МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ . Оскільки літр має 1000 см3, а 1 кг = 1000 г, то 1 МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ = 1  МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ = 1000  МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ.

Знаючи густину речовини, з якої складається тіло і об’єм цього тіла, можна знайти його масу:

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 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 , треба дані, наведені в таблиці 20.3, помножити на 1000. Наприклад, густина льоду:

Таблиця 20.3

Густини деяких твердих тіл, рідин і газів (кг/дм3 або ш/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

10,7-1,2

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 (50°) 0,9981

Морська вода 1,03

Гас 0,8

Вода (10°) 0,99970

Вода (100°) 0,95835

Спирт 0,83

Ртуть 13,546

Вода (20°) 0,99820

Важка вода 1,105

Бензин 0,78

Нафта 0,8

Гази (0°С, 760 мм рт. ст.)

Водень 0,09

Повітря 1,29

Гелій 0,18

Кисень 1,43

Азот 1,25

Продукти

Цукор 1,61

Картопля 1,06

Сіль 2,17

Олія 0,91

Борошно 0,4-0,55

Цікаво знати. Тверді тіла й рідини дуже важко стиснути, тому їх густина практично мало змінюється. Густина ж газів значною мірою залежить від тиску і 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 з даними, зазначеними на обгортці даної пачки паперу

Дослід 19.2

Визначте масу свого тіла і за нею обчисліть свій об’єм.

Творчі завдання

19.1. Виготуйте 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.

Тема для дослідження

19.1. За допомогою атомно-молекулярної теорії спробуйте пояснити, чому густини різних твердих речовин різняться між собою.

19.2. Введіть величину, що показує, який об’єм припадає на одиницю маси, і запишіть формулу для її розрахунку

19.4. Побудуйте графік залежності густини води від температури, скориставшись даними таблиці 20.3. Знайдіть у довідниках густину води в інтервалі температур від 0 до 4°С і за цими даними побудуйте графік.

Підведемо підсумки

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

– Масу одиниці об’єму речовини називають густиною. Густину визначають за формулою: р =  МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ .

Вправа 19

1. З допомогою якого приладу визначають масу тіл?

2. Яку одиницю маси використовують в СІ?

3. Знайдіть у таблиці 20.3 речовини з найбільшою і найменшою густиною.

4. Як утримуються на воді військові крейсери, виготовлені зі сталі?

5. Порівняйте маси електрона, протона і 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 і 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’єм 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. Мідний і алюмінієвий стержні однакового діаметру мають однакову масу. Який з 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 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 в твердому і рідкому стані практично не залежить зовнішнього тиску?

23. Оцініть масу повітря у вашій кімнаті та порівняйте її з вашою власною масою.

24. Сплав золота і срібла має масу 131,4 г і об’єм 10 см3. Яку масу золота він містить? Рз = 19300 кг/м3, Рс = 10,5 г/см3.

25. Як можна знайти товщину тонкої пластинки прямокутної форми, якщо є терези і відомі довжина і ширина цієї пластинки?




МАСА ТІЛА. ГУСТИНА РЕЧОВИНИ