Medžiagų tankio tyrimas pradedamas vidurinės mokyklos fizikos kurse. Ši koncepcija laikoma pagrindine toliau pateikiant molekulinės kinetinės teorijos pagrindus fizikos ir chemijos kursuose. Galima manyti, kad materijos sandaros ir tyrimo metodų tyrimo tikslas yra mokslo idėjų apie pasaulį formavimas.

Fizika suteikia pirminių idėjų apie vieningą pasaulio vaizdą. 7 klasėje tiriamas medžiagos tankis, remiantis paprasčiausiomis idėjomis apie tyrimo metodus, praktinį fizikinių sąvokų ir formulių taikymą.

Fiziniai tyrimo metodai

Kaip žinoma, tarp gamtos reiškinių tyrimo metodų išskiriamas stebėjimas ir eksperimentas. Pradinėje mokykloje jie moko stebėti gamtos reiškinius: atlieka paprastus matavimus ir dažnai veda „gamtos kalendorių“. Šios mokymosi formos gali paskatinti vaiką tyrinėti pasaulį, lyginti stebimus reiškinius ir nustatyti priežasties ir pasekmės ryšius.

Tačiau tik iki galo atliktas eksperimentas jaunajam tyrinėtojui suteiks įrankių atskleisti gamtos paslaptis. Eksperimentinių ir tiriamųjų įgūdžių ugdymas vykdomas praktiniuose užsiėmimuose ir laboratorinių darbų metu.

Eksperimento atlikimas fizikos kursuose prasideda nuo tokių fizikinių dydžių apibrėžimų kaip ilgis, plotas, tūris. Tokiu atveju užsimezga ryšys tarp matematinių (vaikui gana abstrakčių) ir fizinių žinių. Apeliavimas į vaiko patirtį ir ilgą laiką jam žinomų faktų svarstymas moksliniu požiūriu prisideda prie būtinos jo kompetencijos formavimo. Mokymosi tikslas šiuo atveju yra noras savarankiškai suvokti naujus dalykus.

Tankio tyrimas

Taikant probleminio mokymo metodą, pamokos pradžioje galite užduoti visiems žinomą mįslę: „Kas sunkesnis: kilogramas pūkų ar kilogramas ketaus? Žinoma, 11-12 metų vaikai gali nesunkiai atsakyti į jiems žinomą klausimą. Tačiau atsigręžus į klausimo esmę, gebėjimą atskleisti savo ypatumą, vedama į tankumo sampratą.

Medžiagos tankis yra masė tūrio vienetui. Lentelė, paprastai pateikiama vadovėliuose ar informaciniuose leidiniuose, leidžia įvertinti medžiagų skirtumus, taip pat suvestines cheminės medžiagos būsenas. Anksčiau aptartas kietųjų kūnų, skysčių ir dujų fizikinių savybių skirtumas, šio skirtumo paaiškinimas ne tik dalelių struktūroje ir santykiniame išsidėstymo, bet ir materijos savybių matematinėje išraiškoje. fiziką į kitą lygį.

Medžiagų tankio lentelė leidžia įtvirtinti žinias apie tiriamos sąvokos fizinę prasmę. Vaikas, atsakydamas į klausimą: „Ką reiškia tam tikros medžiagos tankis?“, supranta, kad tai yra 1 cm 3 (arba 1 m 3) medžiagos masė.

Jau šiame etape galima iškelti klausimą dėl tankio vienetų. Būtina apsvarstyti būdus, kaip konvertuoti matavimo vienetus įvairiose atskaitos sistemose. Tai leidžia atsikratyti statinio mąstymo ir priimti kitas skaičiavimo sistemas kituose reikaluose.

Tankio nustatymas

Natūralu, kad fizikos studijos negali būti baigtos be problemų sprendimo. Šiame etape įvedamos skaičiavimo formulės. 7 klasės fizikoje tai bene pirmasis fizinis kiekių santykis vaikams. Ypatingas dėmesys jai skiriamas ne tik dėl tankio sąvokų tyrimo, bet ir dėl problemų sprendimo mokymo metodų fakto.

Būtent šiame etape nustatomas fizinės skaičiavimo problemos sprendimo algoritmas, pagrindinių formulių, apibrėžimų ir dėsnių taikymo ideologija. Mokytojas bando išmokyti uždavinio analizės, nežinomybės paieškos metodo, matavimo vienetų vartojimo ypatumų naudodamas tokį ryšį kaip tankio formulė fizikoje.

Problemos sprendimo pavyzdys

1 pavyzdys

Nustatykite, iš kokios medžiagos pagamintas 540 g masės ir 0,2 dm 3 tūrio kubas.

ρ -? m = 540 g, V = 0,2 dm 3 = 200 cm 3

Analizė

Remdamiesi problemos klausimu, suprantame, kad kietųjų medžiagų tankio lentelė padės mums nustatyti medžiagą, iš kurios pagamintas kubas.

Todėl mes nustatome medžiagos tankį. Lentelėse ši vertė nurodyta g/cm3, todėl tūris iš dm3 paverčiamas cm3.

Sprendimas

Pagal apibrėžimą: ρ = m: V.

Mums duota: tūris, masė. Medžiagos tankį galima apskaičiuoti:

ρ = 540 g: 200 cm 3 = 2,7 g/cm 3, o tai atitinka aliuminį.

Atsakymas: Kubas pagamintas iš aliuminio.

Kitų kiekių nustatymas

Tankio skaičiavimo formulės naudojimas leidžia nustatyti kitus fizikinius dydžius. Kūnų masė, tūris, linijiniai matmenys, susiję su tūriu, lengvai apskaičiuojami uždaviniuose. Matematinių formulių, skirtų geometrinių figūrų plotui ir tūriui nustatyti, žinios naudojamos uždaviniuose, kurios padeda paaiškinti matematikos studijų poreikį.

2 pavyzdys

Nustatykite vario sluoksnio storį, kuriuo yra padengta 500 cm 2 paviršiaus ploto dalis, jei žinoma, kad dangai buvo panaudota 5 g vario.

h - ? S = 500 cm 2, m = 5 g, ρ = 8,92 g/cm 3.

Analizė

Medžiagos tankio lentelė leidžia nustatyti vario tankį.

Naudokime tankio skaičiavimo formulę. Šioje formulėje yra medžiagos tūris, iš kurio galima nustatyti linijinius matmenis.

Sprendimas

Pagal apibrėžimą: ρ = m: V, tačiau šioje formulėje nėra norimos reikšmės, todėl naudojame:

Pakeitę į pagrindinę formulę, gauname: ρ = m: Sh, iš kurios:

Apskaičiuokime: h = 5 g: (500 cm 2 x 8,92 g/cm 3) = 0,0011 cm = 11 mikronų.

Atsakymas: vario sluoksnio storis 11 mikronų.

Eksperimentinis tankio nustatymas

Fizikos mokslo eksperimentinis pobūdis parodomas laboratoriniais eksperimentais. Šiame etape įgyjami eksperimentų atlikimo ir jų rezultatų paaiškinimo įgūdžiai.

Praktinė užduotis nustatyti medžiagos tankį apima:

• Skysčio tankio nustatymas. Šiame etape vaikai, kurie anksčiau naudojo graduotą cilindrą, gali lengvai nustatyti skysčio tankį naudodami formulę.
• Taisyklingos formos kieto kūno tankio nustatymas. Ši užduotis taip pat nekelia abejonių, nes panašios skaičiavimo problemos jau buvo svarstytos ir sukaupta patirtis matuojant tūrius pagal linijinius kūnų matmenis.
• Netaisyklingos formos kietosios medžiagos tankio nustatymas. Atlikdami šią užduotį naudojame netaisyklingos formos kūno tūrio nustatymo metodą naudojant stiklinę. Verta dar kartą priminti šio metodo ypatybes: kieto kūno gebėjimą išstumti skystį, kurio tūris lygus kūno tūriui. Tada problema išspręsta standartiniu būdu.

Išplėstinės užduotys

Užduotį galite apsunkinti paprašydami vaikų identifikuoti medžiagą, iš kurios pagamintas kūnas. Šiuo atveju naudojamų medžiagų tankio lentelė leidžia atkreipti dėmesį į gebėjimo dirbti su informacine informacija poreikį.

Spręsdami eksperimentinius uždavinius, iš studentų reikalaujama turėti reikiamą žinių kiekį matavimo vienetų naudojimo ir perskaičiavimo srityje. Tai dažnai sukelia daugiausia klaidų ir praleidimų. Galbūt šiam fizikos studijų etapui reikėtų skirti daugiau laiko, tai leidžia palyginti žinias ir tyrimų patirtį.

Tūrinis tankis

Grynos medžiagos tyrimas, žinoma, įdomus, bet kaip dažnai randamos grynos medžiagos? Kasdieniame gyvenime susiduriame su mišiniais ir lydiniais. Kaip tokiu atveju būti? Tūrinio tankio sąvoka neleis mokiniams padaryti įprastos klaidos, naudojant vidutinį medžiagų tankį.

Labai svarbu išsiaiškinti šį klausimą, kad būtų galima pamatyti ir pajusti skirtumą tarp medžiagos tankio ir tūrinio tankio ankstyvosiose stadijose. Suprasti šį skirtumą būtina toliau tiriant fiziką.

Šis skirtumas itin įdomus tuo atveju, kai pradinės tiriamosios veiklos metu leidžiama vaikui tirti tūrinį tankį, priklausantį nuo medžiagos sutankinimo ir atskirų dalelių (žvyro, smėlio ir kt.) dydžio.

Santykinis medžiagų tankis

Palyginti įvairių medžiagų savybes yra gana įdomu pagal santykinį medžiagos tankį – vieną iš tokių kiekių.

Paprastai santykinis medžiagos tankis nustatomas distiliuoto vandens atžvilgiu. Kaip tam tikros medžiagos tankio ir etaloninio tankio santykis, ši vertė nustatoma naudojant piknometrą. Tačiau ši informacija nenaudojama mokykliniame gamtos mokslų kurse, ji yra įdomi nuodugniam tyrimui (dažniausiai neprivaloma).

Fizikos ir chemijos studijų olimpiados lygis taip pat gali būti susijęs su „medžiagos santykinio tankio vandenilio atžvilgiu“ sąvoka. Paprastai jis taikomas dujoms. Norėdami nustatyti santykinį dujų tankį, nustatykite tiriamų dujų molinės masės ir naudojimo santykį.

Tankis paprastai vadinamas fizikiniu dydžiu, kuris lemia objekto, medžiagos ar skysčio masės santykį su tūriu, kurį jie užima erdvėje. Pakalbėkime apie tai, kas yra tankis, kuo skiriasi kūno ir medžiagos tankis ir kaip (naudojant kokią formulę) rasti tankį fizikoje.

Tankio tipai

Reikėtų paaiškinti, kad tankis gali būti suskirstytas į keletą tipų.

Priklausomai nuo tiriamo objekto:

• Kūno tankis – homogeniniams kūnams – yra tiesioginis kūno masės ir erdvėje užimamo tūrio santykis.
• Medžiagos tankis yra kūnų, susidedančių iš šios medžiagos, tankis. Medžiagų tankis yra pastovus. Yra specialios lentelės, kuriose nurodomas skirtingų medžiagų tankis. Pavyzdžiui, aliuminio tankis yra 2,7 * 103 kg/m3. Žinodami aliuminio tankį ir iš jo pagaminto kūno masę, galime apskaičiuoti šio kūno tūrį. Arba žinodami, kad korpusas susideda iš aliuminio ir žinodami šio kūno tūrį, galime nesunkiai apskaičiuoti jo masę. Kaip rasti šiuos dydžius, pažiūrėsime kiek vėliau, kai išvesime tankio skaičiavimo formulę.
• Jei kūnas susideda iš kelių medžiagų, tada norint nustatyti jo tankį, reikia apskaičiuoti jo dalių tankį kiekvienai medžiagai atskirai. Šis tankis vadinamas vidutiniu kūno tankiu.

Priklausomai nuo medžiagos, iš kurios susideda kūnas, poringumo:

• Tikrasis tankis yra tankis, kuris apskaičiuojamas neatsižvelgiant į kūno ertmes.
• Savitasis tankis arba tariamasis tankis yra tas, kuris apskaičiuojamas atsižvelgiant į kūno, sudaryto iš porėtos arba trupančios medžiagos, tuštumas.

Taigi, kaip rasti tankį?

Tankio skaičiavimo formulė

Formulė, padedanti nustatyti kūno tankį, yra tokia:

• p = m / V, kur p yra medžiagos tankis, m yra kūno masė, V yra kūno tūris erdvėje.

Jei apskaičiuosime tam tikrų dujų tankį, formulė atrodys taip:

• p = M / V m p - dujų tankis, M - molinė dujų masė, V m - molinis tūris, kuris normaliomis sąlygomis yra 22,4 l/mol.

Pavyzdys: medžiagos masė yra 15 kg, ji ​​užima 5 litrus. Koks medžiagos tankis?

Sprendimas: pakeiskite reikšmes į formulę

• p = 15 / 5 = 3 (kg/l)

Atsakymas: medžiagos tankis yra 3 kg/l

Tankio vienetai

Be to, kad žinote, kaip rasti kūno ir medžiagos tankį, turite žinoti ir tankio matavimo vienetus.

• Kietosioms medžiagoms - kg/m 3, g/cm 3
• Skysčiams - 1 g/l arba 10 3 kg/m 3
• Dujoms - 1 g/l arba 10 3 kg/m 3

Daugiau apie tankio vienetus galite perskaityti mūsų straipsnyje.

Kaip rasti tankį namuose

Norint nustatyti kūno ar medžiagos tankį namuose, jums reikės:

1. Svarstyklės;
2. Centimetras, jei kūnas tvirtas;
3. Indas, jei norite išmatuoti skysčio tankį.

Norėdami sužinoti kūno tankį namuose, turite išmatuoti jo tūrį naudodami centimetrą arba indą, o tada padėti kūną ant svarstyklių. Jei matuojate skysčio tankį, prieš atlikdami skaičiavimus būtinai atimkite indo, į kurį supylėte skystį, masę. Namuose daug sunkiau apskaičiuoti dujų tankį, rekomenduojame naudoti paruoštas lenteles, kuriose jau yra nurodyti įvairių dujų tankiai.

Mus supantys kūnai susideda iš įvairių medžiagų: geležies, medžio, gumos ir kt. Bet kurio kūno masė priklauso ne tik nuo jo dydžio, bet ir nuo medžiagos, iš kurios jis susideda. To paties tūrio kūnai, susidedantys iš skirtingų medžiagų, turi skirtingą masę. Pavyzdžiui, pasvėrę du cilindrus, pagamintus iš skirtingų medžiagų – aliuminio ir švino, pamatysime, kad aliuminio cilindro masė yra mažesnė už švino cilindro masę.

Tuo pačiu metu tos pačios masės kūnai, susidedantys iš skirtingų medžiagų, turi skirtingą tūrį. Taigi 1 toną sveriantis geležinis strypas užima 0,13 m 3 tūrį, o 1 toną sveriantis ledas – 1,1 m 3. Ledo tūris yra beveik 9 kartus didesnis nei geležinio strypo tūris. Tai yra, skirtingos medžiagos gali turėti skirtingą tankį.

Iš to išplaukia, kad vienodo tūrio kūnai, susidedantys iš skirtingų medžiagų, turi skirtingą masę.

Tankis parodo tam tikro tūrio paimtos medžiagos masę. Tai yra, jei žinoma kūno masė ir tūris, galima nustatyti tankį. Norėdami sužinoti medžiagos tankį, turite padalinti kūno masę iš jo tūrio.

Tos pačios medžiagos tankis kietoje, skystoje ir dujinėje būsenoje yra skirtingas.

Kai kurių kietųjų medžiagų, skysčių ir dujų tankiai pateikti lentelėse.

Kai kurių kietųjų medžiagų tankiai (esant normaliam atmosferos slėgiui, t = 20 °C).

Tvirtas

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Tvirtas

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Lango stiklas

Pušis (sausa)

Plexiglas

Rafinuotas cukrus

Polietilenas

Ąžuolas (sausas)

Kai kurių skysčių tankiai (esant normaliam atmosferos slėgiui t = 20 °C).

Skystis

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Skystis

ρ , kg/m 3

ρ , g/cm3

Vanduo švarus

nenugriebtas pienas

Saulėgrąžų aliejus

Skystas alavas (at t= 400°C)

Mašinų alyva

Skystas oras (at t= -194°C)

Tankis yra fizinis medžiagos parametras, glaudžiai susijęs su jos mase ir tūriu. Ryšys tarp šių parametrų paprastai nustatomas pagal formulę p = m / V, kur p yra medžiagos tankis, m - jos masė, o V - tūris. Taigi medžiagos, kurių tūris yra toks pat, bet skirtingos masės, viena nuo kitos skiriasi tankiu. Tą patį galima pasakyti, jei kurios nors medžiagos turi skirtingą tūrį, turint tą pačią masę.

Tarp visų kitų Žemės planetoje esančių medžiagų dujos turi mažiausią tankį. Skysčiai, kaip taisyklė, pasižymi didesniu tankiu, lyginant su jais, o didžiausią šio rodiklio reikšmę galima rasti kietose medžiagose. Pavyzdžiui, tankiausiu metalu laikomas osmis.

Tankio matavimas

Tankiui, kaip ir kitoms dalykinėms sritims, matuoti ši koncepcija, buvo priimtas specialus sudėtingas matavimo vienetas, pagrįstas tankio ryšiu su medžiagos mase ir tūriu. Taigi tarptautinėje matavimo vienetų sistemoje SI vienetas, naudojamas apibūdinti medžiagos tankį, yra kilogramas kubiniame metre, kuris paprastai žymimas kg/m³.

Tačiau esant labai mažam medžiagos kiekiui, kurio tankį būtina išmatuoti, naudojamas šio visuotinai priimto vieneto darinys, išreikštas gramų skaičiumi kubiniame centimetre. Sutrumpintai šis vienetas paprastai žymimas g/cm³.

Be to, įvairių medžiagų tankis linkęs keistis priklausomai nuo temperatūros: daugeliu atvejų temperatūros sumažėjimas padidina medžiagos tankį. Pavyzdžiui, įprasto oro, kurio temperatūra +20°C, tankis yra lygus 1,20 kg/m³, o temperatūrai nukritus iki 0°C, jo tankis padidės iki 1,29 kg/m³, o toliau mažėjant iki -50°C oro tankis sieks 1,58 kg/m³. Tuo pačiu metu kai kurios medžiagos yra šios taisyklės išimtis, nes jų tankio pokytis nepaklūsta nurodytam modeliui: tai apima, pavyzdžiui, vandenį.

Medžiagų tankiui matuoti naudojami įvairūs fiziniai instrumentai. Pavyzdžiui, skysčio tankį galite išmatuoti naudodami hidrometrą, o norėdami nustatyti kietos ar dujinės medžiagos tankį, galite naudoti piknometrą.

APIBRĖŽIMAS

Svoris yra skaliarinis fizikinis dydis, apibūdinantis kūnų inercines ir gravitacines savybes.

Bet koks kūnas „priešina“ bandymams jį pakeisti. Ši kūnų savybė vadinama inercija. Taigi, pavyzdžiui, vairuotojas negali akimirksniu sustabdyti automobilio, kai pamato priešais jį į kelią staiga iššokusį pėsčiąjį. Dėl tos pačios priežasties sunku perkelti spintą ar sofą. Esant tokiai pat aplinkinių kūnų įtakai, vienas kūnas gali greitai keisti savo greitį, o kitas tomis pačiomis sąlygomis gali keistis daug lėčiau. Sakoma, kad antrasis kūnas yra inertiškesnis arba turi didesnę masę.

Taigi kūno inercijos matas yra jo inercinė masė. Jeigu du kūnai sąveikauja vienas su kitu, tai dėl to kinta abiejų kūnų greitis, t.y. sąveikos procese abu kūnai įgyja .

Sąveikaujančių kūnų pagreičio modulių santykis yra lygus atvirkštiniam jų masių santykiui:

Gravitacinės sąveikos matas yra gravitacinė masė.

Eksperimentiškai nustatyta, kad inercinė ir gravitacinė masė yra proporcingos viena kitai. Pasirinkę vienetui lygų proporcingumo koeficientą, jie kalba apie inercinių ir gravitacinių masių lygybę.

SI sistemoje Masės vienetas yra kg.

Masė turi šias savybes:

1. masė visada teigiama;
2. kūnų sistemos masė visada lygi kiekvieno į sistemą įtraukto kūno masių sumai (adityvumo savybė);
3. rėmuose masė nepriklauso nuo kūno judėjimo pobūdžio ir greičio (kintamumo savybė);
4. uždaros sistemos masė išsaugoma bet kokios sistemos kūnų tarpusavio sąveikos metu (masės tvermės dėsnis).

Medžiagų tankis

Kūno tankis yra tūrio vieneto masė:

Vienetas tankis SI sistemoje kg/m .

Skirtingos medžiagos turi skirtingą tankį. Medžiagos tankis priklauso nuo atomų, iš kurių ji susideda, masės ir nuo atomų bei molekulių tankio medžiagoje. Kuo didesnė atomų masė, tuo didesnis medžiagos tankis. Esant skirtingoms agregacijos būsenoms, medžiagos atomų pakavimo tankis skiriasi. Kietose medžiagose atomai yra labai sandariai supakuoti, todėl kietosios būsenos medžiagos turi didžiausią tankį. Skystoje būsenoje medžiagos tankis labai nesiskiria nuo jos tankio kietoje būsenoje, nes atomų pakavimo tankis vis dar yra didelis. Dujose molekulės yra silpnai sujungtos viena su kita ir nutolsta viena nuo kitos dujinės būsenos atomų tankis yra labai mažas, todėl šioje būsenoje medžiagų tankis yra mažiausias.

Remiantis astronominių stebėjimų duomenimis, buvo nustatytas vidutinis medžiagos tankis Visatoje, skaičiavimo rezultatai rodo, kad vidutiniškai kosminė erdvė yra itin reta. Jei materiją „paskleisime“ per visą mūsų Galaktikos tūrį, tai vidutinis medžiagos tankis joje bus lygus maždaug 0,000 000 000 000 000 000 000 000 5 g/cm 3 . Vidutinis medžiagos tankis Visatoje yra maždaug šeši atomai kubiniame metre.

Problemų sprendimo pavyzdžiai

1 PAVYZDYS

Pratimas	125 cm tūrio ketaus rutulys sveria 800 g. Ar šis rutulys yra kietas ar tuščiaviduris?
Sprendimas	Apskaičiuokime rutulio tankį pagal formulę: Paverskime vienetus į SI sistemą: tūris cm m; svoris g kg. Pagal lentelę ketaus tankis yra 7000 kg/m3. Kadangi gauta vertė yra mažesnė už lentelės vertę, rutulys yra tuščiaviduris.
Atsakymas	Kamuolys tuščiaviduris.

2 PAVYZDYS

Pratimas	Tanklaivio avarijos metu įlankoje susidarė 640 m skersmens ir 208 cm storio dumblas. Kiek naftos buvo jūroje, jei jos tankis 800 kg/m?
Sprendimas	Darant prielaidą, kad alyvos dėmės yra apvalios, nustatome jos plotą: Atsižvelgiant į tai, kad Alyvos sluoksnio tūris lygus slydimo ploto ir jo storio sandaugai: Alyvos tankis: iš kur atsirado išsiliejusios alyvos masė: Vienetus konvertuojame į SI sistemą: vidutinis storis cm m.
Atsakymas	Jūroje buvo kilogramas naftos.

3 PAVYZDYS

Pratimas	Lydinys susideda iš alavo, sveriančio 2,92 kg, ir iš švino, sveriančio 1,13 kg. Koks lydinio tankis?
Sprendimas	Lydinio tankis: