Научная работа по физике Понятие плотности вещества в науке и повседневности

Актуальность темы исследования: на уроках физики мы познакомились с таким понятием как плотность вещества. На расчет плотности было решено очень много задач и проведена лабораторная работа. Но в качестве веществ для решения и исследования на уроках мы брали те материалы, плотности которых давно известны, например, цинк, медь, золото, вода и т.д. Для разнообразия заданий и большей заинтересованности на уроках физики необходимо придумать те задачи, которые встречаются в нашей повседневности. Например, никто не знает какова плотность губки, с помощью которой вы утром мыли посуду или кусочка вафли, которую вы съели на завтрак.

Цели: рассчитать плотности веществ различными способами, которые встречаются в повседневности, и составить таблицу плотностей изученных материалов.

Задачи :

1) применить полученные на уроках физики умения и навыки работы с измерительными приборами;

2) закрепить знания по расчету плотности с помощью решения практических задач;

3) привести примеры применения на практике полученных результатов.

Объект исследования: вещества, плотность которых неизвестна.

Предмет исследования: плотность веществ, встречающихся в повседневности.

Глава 1. Что такое плотность?

Как говорил В. Даль: «Плотность - свойство тел, густота вещества в данном объёме, выражается числом».

Численно плотность равна отношению массы тела к объему этого тела.
Плотность измеряется в единицах СИ: кг/м³. Числовое значение плотности вещества показывает массу вещества в единице объема этого вещества.

Разные вещества обладают различной плотностью. Плотность вещества зависит: от массы атомов, из которых оно состоит, и от плотности упаковки атомов и молекул в веществе. Чем больше масса атомов, тем больше плотность. В твердых телах атомы прочно связаны друг с другом и очень плотно упакованы. Поэтому вещество, находящееся в твердом состоянии имеет наибольшую плотность. В жидком состояние плотность упаковки атомов и молекул по-прежнему высока, поэтому плотность вещества находящегося в жидком состоянии не очень сильно отличается от твердого. В газах молекулы имеют очень слабую связь друг с другом и удаляются друг от друга на большое расстояние. Плотность упаковки очень низкая, соответственно, вещество в газообразном состоянии обладает небольшой плотностью. При переходе вещества в газообразное состояние его плотность уменьшается примерно в 1000 раз.

Плотность одного и того же вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии различна.

Основываясь на данных глубоких обзоров галактик, можно определить и среднюю плотность вещества во Вселенной. Самую большую плотность во Вселенной имеют черные дыры (10¹⁴ кг/м³) и нейтронные звезды (10¹¹ кг/м³). Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (10^-33 кг/м³) В астрономии большое значение имеет средняя плотность небесных тел, по ней можно приблизительно определить состав этого тела. Земная кора состоит из слоев вещества различающихся по плотности. Средние значения плотности земной коры и Земли в целом составляют, соответственно, 2700 и 5520 кг/м³. Так как в основном человек состоит из жидкости, средняя плотность тела человека 1 г/см3 или 1 кг/л. Из этого следует, что масса человека в килограммах численно равна объему его тела в литрах. Например, ученик массой 50кг имеет объем тела около 50 литров. Именно такой объем воды окажется на полу при погружении его в ванну, заполненную водой до краев.

Вывод: плотность является табличной величиной, то есть почти все значения для различных веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях, уже просчитаны и размещены в специальных таблицах. Но если такой таблицы нет под рукой, не составит труда рассчитать самостоятельно плотность данного вещества.

Глава 2. Определение плотности веществ.

Для своих исследований мы взяли три группы веществ. К первой группе относятся те вещества, плотность которых можно определить по этикеткам (подсолнечное масло, зубная паста, майонез). Ко второй группе относятся тела правильной формы (губка, вафли, листок бумаги). К третьей-тела неправильной формы (морская ракушка, пластилин, кусок свечи).

Для того чтобы определить плотность веществ, относящихся к первой группе достаточно посмотреть на этикетку, где есть информация, необходимая для расчета плотности, т.е. масса вещества и объем.

1) Масса подсолнечного масла составляла 920 г, объем 1 л или10^-3м³. Если мы разделим массу вещества 920 г или 0,92 кг на объем 10^-3м³, то плотность масла равна 920 кг/м³.

кг

м³

кг/м³

2) . Масса зубной пасты равна 0,093 кг, объем равен м³. Делим массу на объем, получаем плотность, равную 1208 кг/м³.

кг

м³

кг/м³

3) Масса майонеза равна 0,84 кг, объем - м³. Делим массу на объем, плотность майонеза равна 978 кг/м³.

кг

м³

кг/м³

Для того чтобы рассчитать плотность веществ второй группы необходимо использовать линейку и весы. С помощью весов измеряем массу, а с помощью линейки длину, высоту и ширину предмета. Затем рассчитывается объем и плотность веществ.

1) Масса губки равна 0,005 кг, длина 0,1 м, ширина 0,065 м, высота 0,024 м. Объем равен 0,000156 м³ . Плотность губки равна 32 кг/м³.

кг

м

м

м

м³

кг/м³

2) Масса вафли 0,026 кг, длина 0,011 м, ширина 0,028 м, высота 0,017 м. Объем равен 0,000055 м³. Плотность вафли равна 473 кг/м³.

кг

м

м

м

м³

кг/м³

3) Масса листка бумаги 0,001 кг. Длина листка равна ширине и равна 0,087 м. Толщина листка вычислялась методом рядов. Измерила толщину нескольких листов, которая была равна 0,013 м. Затем эту толщину разделила на количество листов, которых оказалось 82, и получилась толщина одного листа, равная 0,00016 м.

кг

м

м

м

м³

кг/м³

Для определения плотности веществ третьей группы понадобились весы и мензурка с водой. Чтобы узнать объем тел произвольной формы, необходимо было их погружать в мензурку с водой. Объем вытесненной жидкости в мензурке был равен объему тела, погруженного в воду. Масса тел снова измерялась на весах.

1)Масса морской ракушки равна 0,023 кг. Объем равен 0,00001 м³. При расчете плотность получилась равная 2300 кг/м³.

кг

м³

кг/м³

2)Масса кусочка свечи равна 0,012 кг. Объем равен м³. Плотность равна 2400 кг/м³.

кг

м³

кг/м³.

3) Масса пластилина равна 0,01317 кг. Объем равен м³. Плотность равна 1098 кг/м³.

кг

м³

кг/м³.

Теперь можно составить таблицу плотности веществ, которые мы нашли.

Название вещества

Плотность, кг/м³

Плотность, г/см³

Свеча

2400

2,4

Морская ракушка

2300

2,3

Зубная паста

1208

1,208

Пластилин

1098

1,098

Майонез

978

0,978

Масло

920

0,92

Бумага

833

0,833

Вафли

473

0,473

Губка

32

0,032

Пользуясь данными значениями, можно придумывать условия задач, решение которых могли бы встретиться в повседневной жизни. Например, в магазин должно поступить 8 тонн бумаги. Сколько товаровед должен оставить свободного места на складе, если плотность бумаги 833 кг/м³?

При решении этой задачи получится следующее:

кг

кг/м³

м³.

Т.е. товаровед должен оставить приблизительно 10 м³ пустого места.

Вывод: Т.о. мы смогли самостоятельно применить свои знания на практике и научились рассчитывать плотности веществ, которые ранее нам были неизвестны. Пользуясь полученными значениями можно выполнять творческие задания и придумывать задания, которые в дальнейшем будут выполняться на уроках физики.

Практическая значимость работы: продолжить изучать различные вещества и их плотности, например, плотности почвы в нескольких районах Пензенской области, различной древесины, человеческого тела или газов; сравнить свои результаты с табличными данными; составить свои таблицы плотностей; придумать свой мини- задачник по теме: «Плотность вещества».

Используемая литература:

1. Кириллова И. Г. Книга для чтения по физике.- М.: Просвещение, 1996.

2. Сёмке А.И. Занимательные материалы к урокам физики 7 класс. - М.: НЦ ЭНАС, 2006

3. САЙТ: http.//class-fizika.narod.ru