§ 40. Густина
Поміркуйте
«Легкий як пух, важкий як камінь». Нам усім знайомі ці слова. А чому ми так говоримо?
Пригадайте
Густина
Пригадайте з уроків математики, що властивість будь-якої посудини вміщати в себе певну кількість речовини називається місткістю. У фізиці ця властивість називається об’ємом. Одиницями місткості, або об’єму, є літри (скорочено л).
Перед вами відро води та склянка з водою. Маси води у відрі й у склянці відрізняються приблизно в 50 разів. Так само відрізняються й об’єми води: це легко перевірити, якщо у відро налити 50 склянок води.
Якщо ми візьмемо кубик із каменю й додамо до нього ще кілька таких самих кубиків, то ми збільшимо їхню загальну масу й водночас у стільки ж разів збільшимо їхній загальний об’єм.
Коли ми беремо різні маси цих речовин і, відповідно, у стільки ж разів різні об’єми, відношення маси до об’єму залишається незмінним і для води, і для каменя.
Для твердих тіл, які складаються з однієї речовини, відношення маси до об’єму однакове. Ця величина отримала назву густина речовини.
Густина речовини — це фізична величина, що дорівнює відношенню маси тіла цієї речовини до об’єму цього тіла:
[latex]густина\enspace речовини=\frac{маса\enspace тіла}{об’єм\enspace тіла}[/latex]
І хоча густину ми обчислюємо діленням маси тіла на об’єм тіла, густина є характеристикою речовини, а не конкретного тіла.
Одиницею густини є кілограм, поділений на літр (кг/л).
Завдання 1
Вимірювання густини
Оскільки густина є сталою характеристикою речовини, то її можна виміряти й занести у спеціальні таблиці для подальшого використання.
Виконаємо дослід. Виміряємо густину води за допомогою кухонних ваг і мірної кружки.
Поставимо порожню кружку на ваги та встановимо їхні покази на нуль.
Наллємо у кружку воду об’ємом 0,5 л (пів літра).
Ваги покажуть, що вода в кружці має масу 0,5 кг (пів кілограма).
Доллємо води у мірну кружку до позначки 1 л.
Ваги покажуть масу води 1 кг.
Отже, ми бачимо, що густина води становить один кілограм на один літр — 1 кг/л.
У такий спосіб можна виміряти густину більшості речовин, які ми використовуємо, та занести результати вимірювань у відповідну таблицю.
Завдання 2 (експеримент)
Визначте за допомогою кухонних ваг і мірної кружки густину соняшникової олії (скористайтеся алгоритмом вимірювання густини води).
Порівняння густин різних речовин
Густину води ми виміряли. Вона дорівнює 1 кг/л. А от густина повітря майже у 800 разів менша. Цю велику різницю густин зумовлює те, що у воді, на відміну від повітря, молекули розташовані майже впритул.
Тоді чому ж залізо, атоми якого також впритул розташовані один до одного (як і молекули води), має густину, більшу майже у вісім разів, ніж густина води? Відповідь дуже проста — атоми заліза набагато важчі за молекули води.
Але різниця у вісім разів густин води й заліза не йдуть ні в яке порівняння з різницею густин води й повітря: густина води більша у 800 разів!
Тому можна зробити висновок: густина газів набагато менша за густину рідин і твердих тіл.
Завдання 3
Дізнайтеся більше
Цікаво, але густина меду не є сталою. Вона може змінюватися. Згадайте, як виглядає мед.
Він може бути у вигляді густого в’язкого розчину або густого закристалізованого (іноді говорять «зацукрованого»). Густина рідкого меду становить 1,41–1,43 кг/л, тобто в одній літровій банці вміщується 1,41–1,43 кілограмів меду. Тому, якщо така банка важить менше, мед може бути розбавленим і, відповідно, неякісним.
Підсумуємо
Завдання 4
Завдання 5
Завдання 6
Ключова ідея
Густина речовини — це фізична величина, що характеризує певну речовину та дорівнює відношенню маси суцільного тіла, виготовленого з цієї речовини, до об’єму тіла.
Найменшу густину мають гази через те, що в них молекули перебувають на великій відстані порівняно з рідинами та твердими тілами.
Запитання для повторення й засвоєння
1. Що таке густина речовини?
2. Назвіть одиниці густини.
3. Густина — це характеристика тіла чи речовини?
4. Чому густина газів набагато менша, ніж густина рідин і твердих тіл?
5*. У склянку налито три рідини різного кольору. Рідини між собою не змішуються. Яка з рідин має найбільшу густину, а яка — найменшу?
6*. У додаткових джерелах інформації знайдіть відповідь на запитання: «Для чого рибам плавальний міхур?»