Ни для кого не секрет, что ничем не удерживаемые тела падают на землю. Это происходит потому, что существует земное тяготение – притяжение тел Землей. Ученые выяснили, что оно тем сильнее, чем больше масса тела, за которым мы наблюдаем. Проделаем опыт, изображенный на рисунке. Гири с различными массами подвесим к одинаковым пружинам. Гиря с большей массой сильнее притягивается Землей и, поэтому, сильнее растягивает пружину.

Но оказывается, тела притягиваются не только к Земле, но и друг к другу! Однако обнаружить это можно лишь специальными опытами. Упрощенная схема одного из них изображена на рисунке. На очень длинной нити подвешен шарик. Сначала нить висела вертикально. Но, когда слева подкатили большой и очень тяжелый шар, нить отклонилась. Это произошло из-за притяжения большим шаром маленького шарика.

Взаимное притяжение всех тел в мире имеет собственное название: явление гравитации или явление всемирного тяготения. Гравитационное притяжение любого тела проявляется тем заметнее, чем больше его масса. Именно поэтому притяжение Земли, масса которой огромна, мы замечаем на каждом шагу, а притяжение других окружающих нас тел смогли обнаружить лишь специальным опытом.

fizika.ru

Когда мы играем с мячом, то кажется, что стоит его ударить рукой или ногой, и он мгновенно полетит в нужную сторону. А если же мяч налетит на стену, то в тот же миг отскочит назад. Проверим это. Для этого воспользуемся кинематографическим методом наблюдения: заснимем движение мяча на кинопленку.

Рассмотрим получившиеся кадры. Вот мяч приближается к стене (кадр 1). Вот он ее касается (2), значит, на следующем кадре мяч должен полететь обратно. Нет! Мяч летит дальше, сплющиваясь все сильнее (3). И на следующем кадре мяч все плотнее приближается к стене (4). И лишь после этого, распрямляясь, отскакивает и летит обратно (кадры 5-7). Итак, кинематографический метод показал, что мяч не мгновенно меняет скорость, останавливаясь при ударе и разгоняясь в обратном направлении.

Разные тела требуют различного времени для изменения своей скорости. Например, арбуз потребует большего времени для разгона, чем яблоко, если мы захотим их броском передать приятелю. В физике свойство тела требовать некоторого времени для изменения своей скорости называют инертностью тела. Поэтому говорят, что тела с большей массой более инертны, чем тела с меньшей массой. В нашем примере арбуз более инертный, чем яблоко.

fizika.ru

Для знакомства с новой физической величиной отправимся в литейный
цех завода с весами и линейкой. Выберем несколько разных по величине
чугунных и алюминиевых слитков прямоугольной формы (см. рисунок).
Используя весы, измерим массу каждого слитка, а используя линейку,
измерим их объемы. Результаты измерений занесем в таблицу.

Заметим, что при делении массы каждого слитка на его объем получаются одинаковые значения частного для всех чугунных слитков (» 7 кг/дм³) и для всех алюминиевых (» 3 кг/дм³).
То есть, независимо от конкретных значений массы и объема их частное
(результат деления) остается постоянной величиной для данного вещества.
Эта удивительная закономерность и послужила поводом для введения в
физику специальной величины – плотности вещества.

Итак, частное от деления массы вещества на его объем в физике называется плотностью вещества. Это – определение плотности. Его можно записать и в виде формулы:

	r	– плотность, кг/м3
	m	– масса тела, кг
	V	– объем тела, м3

Из курса математики вы знаете, что значение всякой дроби показывает
количество единиц величины, стоящей в числителе, приходящееся на одну
единицу величины, стоящей в знаменателе. Плотность вещества – тоже
значение дроби. Поэтому числовое значение плотности вещества показывает массу единицы объема этого вещества. Например, плотность чугуна 7 кг/дм³. Это значит, что 1 дм³ чугуна имеет массу 7 кг. Плотность пресной воды – 1 кг/л. Следовательно, масса 1 л воды равна 1 кг.

Вспомним, что формулы можно преобразовывать по правилам математики.
Поэтому формула плотности может быть записана и в двух других формах:

При пользовании этими формулами необходимо следить, чтобы все
величины были выражены в согласующихся друг с другом единицах,
например, килограммах и кубических метрах.

fizika.ru

Таблица плотностей некоторых веществ

Примечание. Плотности выражены в кг/м³ при 20 °С.
Плотности газов даны при 0 °С и нормальном атмосферном давлении,
плотности сжиженных газов – при температуре кипения при нормальном
атмосферном давлении (760 мм рт. ст.).

Таблица плотностей – первая таблица физических констант, с
которой вы знакомитесь. Различные константы (постоянные значения – от
лат. "констанс" – постоянный) мы часто будем применять на наших
дальнейших занятиях. В предыдущем параграфе мы познакомились со
способом "рождения" таких таблиц – проведением многочисленных измерений.

В правой колонке твердых веществ собраны твердые вещества-металлы. Как видите, их плотность составляет несколько тысяч килограммов на кубический метр. Например, свинец – 11300 кг/м³. Это число будет выглядеть короче, если его выразить в других единицах, – 11,3 г/см³. В левой колонке собраны твердые неметаллические вещества. Их плотность колеблется в большую или меньшую сторону вокруг тысячи килограммов на кубический метр.

Жидкости имеют плотность порядка одной тысячи килограммов на
кубический метр (за исключением ртути – единственного металла,
находящегося в жидком состоянии при обычных условиях).

Газы же при обычных условиях имеют плотность порядка 1 кг/м³,
а в сжиженном состоянии (при низкой температуре и большом давлении) –
около одной тысячи килограммов на кубический метр. Это говорит о том,
что при переходе в жидкое состояние вещества уплотняются примерно в
тысячу раз. При переходе в твердое состояние вещества уплотняются еще
больше.

Плотность веществ зависит от температуры. Например, при 0 °С масса 1 м³
воздуха равна 1,3 кг, а при 100 °С из-за теплового расширения в одном
кубометре пространства помещается лишь 950 граммов воздуха. Поэтому
ниже таблиц в примечании сказано, что плотности измерены при
определенной температуре.

Плотность веществ зависит от внешнего давления. Например, на высоте 10 км атмосферное давление значительно меньше, чем вблизи поверхности Земли, в результате чего масса 1 м³
воздуха составляет там всего около 400 граммов. Воздух – газ; плотность
же твердых веществ и жидкостей в меньшей степени зависит от внешнего
давления.

fizika.ru

Средняя плотность и плавание тел

Всплывающие и тонущие тела. Проделаем опыт. Нам понадобятся
сосуды со спиртом, водой и раствором соли (см. рисунок). Возьмем также
куриное яйцо и кубик льда. Опустим их сначала в спирт. И лед, и яйцо
утонут. Переложим тела в воду. Яйцо утонет, а лед будет плавать. В
растворе соли оба тела будут плавать.

Для объяснения результатов опыта воспользуемся числовой прямой.
Взгляните: на ней отмечены плотности всех веществ и тел, использованных
в опыте. Мы видим, что плотность льда больше плотности спирта, и в нем
лед тонет. Однако плотность льда меньше плотности воды и раствора соли.
Поэтому в них лед плавает. На прямой мы отложили и "плотность яйца" –
около 1050 кг/м³. Это так называемая средняя плотность
яйца, ведь оно состоит сразу из нескольких веществ: белка, желтка и
скорлупы. Вы видите, что средняя плотность яйца больше плотности воды,
но меньше плотности раствора соли. Поэтому в воде яйцо тонет, а в
растворе соли – плавает.

Обобщая результаты опыта, сделаем вывод: если средняя плотность
тела больше плотности жидкости, то это тело в ней тонет; если же
средняя плотность тела меньше плотности жидкости, то тело в ней
всплывает.

Средняя плотность тела вычисляется по той же формуле, что и
плотность вещества, изученная в предыдущем параграфе. Однако, в отличие
от плотности вещества, числовое значение средней плотности тела не показывает массу единицы объема этого тела. Например, средняя плотность яйца 1050 кг/м³ или, в более удобных единицах, – 1,05 г/см³. Однако из этого не следует, что масса каждого 1 см³ внутри яйца будет именно 1,05 г.

Плавающие тела. Красивое явление – айсберг, плавающий в
океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстает лишь 1/10 часть
всего айсберга, а 9/10 - скрыты водой. Но если же в воде будет плавать
бревно, то оно будет погружено примерно до половины – взгляните на
рисунок. Почему же вода скрывает от нас только половину бревна, а
айсберг – почти целиком? Попробуем выяснить.

Вспомним, что плотность льда составляет 900 кг/м³, а плотность древесины – около 500 кг/м³ в зависимости от ее породы и влажности. Представим эти числа графически – в виде так называемой столбчатой диаграммы. На этой же диаграмме покажем значение плотности пресной воды – 1000 кг/м³.

Сравним получившиеся "столбики" – взгляните на диаграмму. Нетрудно
видеть, что длина столбика "древесина" составляет половину (то есть 1/2
часть) от длины столбика "вода".

Аналогично, длина столбика "лед" составляет 9/10 от длины столбика
"вода". Другими словами, средняя плотность древесины составляет 1/2 от
плотности воды, а льда – 9/10 от той же плотности.

Из этих рассуждений можно сформулировать обобщение: внутри
жидкости находится такая доля плавающего тела, какую составляет его
средняя плотность от плотности окружающей тело жидкости.

Плавающее тело, например айсберг, может быть большим или маленьким. В зависимости от этого объем погруженной части тоже будет большим или маленьким. Но, несмотря на это, погруженная доля останется прежней – 9/10.

fizika.ru