Видеоурок «Расчет массы и объема вещества по его плотности»

Проект: «Масса, объём и плотность»

Эксперимент посвящен взаимосвязи массы объекта, его объема и плотности. Опытным путем мы сможем узнать о гравитационном ускорении, плотности воды, почему некоторые вещи не тонут, а плавают на поверхности и из-за чего вес космонавтов на Луне меньше, чем на Земле.

Вес и плотность – схожие понятия, но их нельзя путать, поскольку напрямую они друг от друга не зависят. Вес может сколько угодно меняться, а плотность при этом остается неизменной. Плотность – это количество материи, которое помещается в объем объектов. Как рассчитать плотность, зная вес и объем?

Используя общеизвестные формулы можно легко подсчитать объем геометрических фигур. Например, объем шара рассчитывается по формуле 4/3 π3, а объем куба как произведение длины, ширины и высоты. Но, у реальных предметов совершенно разные формы. Более того, объекты могут быть и вовсе бесформенными. И подсчитать их параметры по стандартным формулам не получится. Как тогда найти объем вещества? На помощь приходит вода.

Что нам понадобится:

  • вода;
  • весы для измерения в граммах;
  • цилиндрический сосуд с мерной шкалой, объемом 0,5-1 литр (с широким горлышком);
  • объекты разного веса: апельсин, теннисный мячик, часть металлической трубки, металлические деньги, завернутые в бумагу, т.д.

Ход эксперимента:

  1. Взвешиваем каждый предмет по отдельности, записываем получившийся результат в граммах.
  2. Мерный сосуд заполняем водой наполовину. Объем налитой воды записываем.
  3. Полностью опускаем выбранный предмет в воду.
  4. Теперь измеряем совокупный объем воды и опущенного в нее предмета.
  5. Пункты 3 и 4 повторяем для всех объектов.
  6. С помощью полученных значений объема вычисляем массу и плотность.
ОбъектВес (г)Начальный объём (мл)Конечный объём (мл)Объём (мл)Масса (г)Плотность (г/мл)
A
B
C
D
E
F
G

Вывод:

С использованием воды и емкости нам удалось узнать не только объем предметов, но и их плотность. Как вы думаете, для чего нам нужна плотность? На что она влияет? Как с ее помощью рассчитать массу?

Опытным путем мы смогли убедиться, что плотность влияет на массу объектов, а масса — на гравитационное ускорение. Получается, что от величины плотности зависит ускорение свободного падения. При этом величина объема будет оставаться неизменной.

В то же время, поскольку ускорение свободного падения зависит от массы тела, то для Луны и Земли оно разное. Масса Луны в шесть раз меньше массы Земли, поэтому из-за слабого гравитационного притяжения космонавты на Луне весят меньше, чем на Земле.

Плавучесть предметов также зависит не от объема, а от плотности. Если она меньше плотности воды, то предмет будет плавать на поверхности, в противном случае – утонет. Это закон Архимеда. Подробнее о нем написано в следующем проекте.

Видео

Примеры решения задач

Прежде чем приступить к примерам, следует понимать, что если данные даны в килограммах и кубических сантиметрах, то нужно либо сантиметры перевести в метры, либо килограммы перевести в граммы. По такому же принципу надо переводить и остальные данные – миллиметры, тонны и так далее.

Задача 1. Найти массу тела, состоящего из вещества, плотность которого равна 2350 кг/м³ и имеет объём 20 м³. Применяем стандартную формулу и с лёгкостью находим значение. m = p*V= 2 350 * 20 = 47 000 кг.

Задача 2. Уже известно, что плотность чистого золота без примесей равна 19,32 г/см³. Найти массу драгоценной цепочки из золота, если объём составляет 3,7 см³. Воспользуемся формулой и подставим значения. p = m / V = 19,32/3,7 = 5,22162162 гр.

Задача 3. На склад поставили металл с плотностью 9250 кг/м³. Масса составляет 1,420 тонн. Нужно найти занимаемый металлом объём. Тут нужно сначала перевести либо тонны в килограммы, либо метры в километры. Проще будет воспользоваться первым методом. V = m / p = 1420/9250 = 0.153513514 м³.

Средняя плотность

В школьном курсе чаще всего говорят о средней плотности тела. Дело в том, что если мы рассмотрим какое-нибудь неоднородное тело, то в одной его части будет, например, большая плотность, а в другой — меньшая.

Если вы когда-то делали ремонт, то знакомы с такой вещью, как цемент. Он состоит из двух веществ: клинкера и гипса. Значит нам нужно отдельно найти плотность гипса, плотность клинкера по формуле, указанной выше, а потом найти среднее арифметическое двух плотностей. Можно сделать так.

А можно просто массу цемента разделить на объем цемента и мы получим ровно то же самое. Просто в данном случае мы берем не массу и объем вещества, а массу и объем тела.

Формула плотности тела

р = m/V

р — плотность тела [кг/м^3]

m — масса тела [кг]

V — объем тела [м^3]

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

V — объем [м^3]

a — длина [м]

b — ширина [м]

c — высота [м]

А для цилиндра будет справедлива такая формула:

Формула объема цилиндра

V = S*h

V — объем [м^3]

S — площадь основания [м^2]

h — высота [м]

Рассмотрим пример такого расчета

Пустой стакан имеет массу m1=200 г. Если налить в него воды, его масса будет m2= 400 г. Какую массу будет иметь этот стакан, если налить столько же (по объёму) ртути?

Решение. Найдём массу налитой воды. Она будет равна разности массы стакана с водой и массы пустого стакана:

mводы  = m2- m1 = 400 г 200 г = 200 г.

Найдём объём  этой воды:

V = m / ρв = 200 г  /  1 г/см3 = 200 см3 (рв плотность воды).

Найдём массу ртути в этом объёме:

mрт = ρртV = 13,6 г/см3 *  * 200 см3 = 2720 г.

Найдём искомую массу:

m = mрт + m1 = 2720 г + 200 г = 2920 г.

Ответ: масса стакана с ртутью равна 2920 граммам.

Теги