Масса
Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.
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.
А для цилиндра будет справедлива такая формула:
Плотность вещества
Плотность — скалярная физическая величина. Определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.
Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.
Маленькое исключение Исключение составляет вода. Так, плотность воды меньше плотности льда. Объяснение кроется в молекулярной структуре льда. Когда вода переходит из жидкого состояния в твердое, она изменяет молекулярную структуру так, что расстояние между молекулами увеличивается. Соответственно, плотность льда меньше плотности воды.
Ниже представлены значения плотностей для разных веществ. В дальнейшем это поможет при решении задач.
Где самая большая плотность? Самая большая плотность во Вселенной — в черной дыре. Плотность черной дыры составляет около 1014 кг/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.
Решение задач: плотность вещества
А теперь давайте тренироваться!
Задача 1
Цилиндр 1 поочерёдно взвешивают с цилиндром 2 такого же объёма, а затем с цилиндром 3, объем которого меньше (как показано на рисунке).
Какой цилиндр имеет максимальную среднюю плотность?
Решение:
Плотность тел прямо пропорциональна массе и обратно пропорциональна объему:
р = m/V
Исходя из проведенных опытов можно сделать следующие выводы:
1) масса первого цилиндра больше массы второго цилиндра при одинаковом объеме. Значит плотность первого цилиндра выше плотности второго.
2) масса первого цилиндра равна массе третьего цилиндра, объем которого меньше. Следовательно, плотность третьего цилиндра больше плотности первого цилиндра.
Таким образом, средние плотности цилиндров:
р2 <, р1 <, р3
Ответ: 3.
Задача 2
Шар 1 последовательно взвешивают на рычажных весах с шаром 2 и шаром 3 (как показано на рисунке). Для объёмов шаров справедливо соотношение V1 = V3 <, V2.
Какой шар имеет максимальную среднюю плотность?
Решение:
Из рисунка ясно, что масса шаров 1 и 2 равна — следовательно, плотность второго шара меньше, чем первого. Третий шар тяжелее, чем первый при одинаковом объёме, поэтому плотность третьего шара больше плотности первого. Таким образом, максимальную среднюю плотность имеет шар 3.
Ответ: 3
Задача 3
Найти плотность шара объемом 0,5 м^3 и массой 1,5 кг.
Решение:
Возьмем формулу плотности и подставим в нее данные нам значения.
р = m/V
р = 1,5/0,5 = 3 кг/м^3
Ответ: р = 3 кг/м^3
Плавание тел
Почему шарик с гелием взлетает? Или мяч при игре в водное поло не тонет? Жидкости и газы действуют на погруженные тела с выталкивающей силой. Подробно это явление рассматривают в теме «Сила Архимеда». Если говорить простым языком: если плотность тела, погруженного в воду, больше плотности воды — тело пойдет ко дну. Если меньше – оно всплывет на поверхность.
Задача 1
Стальной шарик в воде падает медленнее, чем в воздухе. Чем это объясняется?
Решение:
Плотность воды значительно выше, чем воздуха, поэтому стальной шарик в воде падает медленнее
Задача 2
В таблице даны плотности некоторых твердых веществ. Если вырезать из этих веществ кубики, то какие кубики смогут плавать в воде? Плотность воды — 1000 кг/м3.
Решение:
Плавать будут кубики, плотность которых меньше плотности воды, то есть сделанные из парафина или сосны.
