DANE INFORMACYJNE

2. DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Gimnazjum im. Marii Skłodowskiej-Curie ID grupy: 98/6_mf_g2 Kompetencja: Matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Gęstość materii Semestr/rok szkolny: Semestr I-2009/2010

3. Gęstość materii

4. wprowadzenie • Określenie "gęstość" zostało przez fizyków wzięte z życia codziennego i zaadaptowane na nazwę wielkości fizycznej. Jednak ten wybór nazwy jest trochę mylący. To co fizycy uważają za gęstość, nie odpowiada potocznemu pojęciu gęstości. Np. dla fizyka gęsty krupnik nie musi mieć wcale większej gęstości od czystej, posolonej wody. "Fizyczna" gęstość substancji to w potocznym rozumieniu bardziej "ciężkość" tej substancji. Większą gęstość ma ciało, które przy tej samej objętości ma większy ciężar, a nie takie, które trudno jest zamieszać. Tak więc styropian ma o wiele mniejszą gęstość niż woda, lód wcale nie jest od wody "gęstszy". Co ciekawe, płynna rtęć ma większą gęstość niż granitowy głaz.

5. Pojęcie • Gęstość (masa właściwa) – jest to stosunek masy pewnej porcji materii do zajmowanej przez nią objętości.

6. Czym jest gęstość dla fizyka? • Modelowy sposób wyznaczania tej wielkości dla substancji polega na zrobieniu z tej substancji idealnej kostki sześciennej o krawędzi 1m i zważeniu jej. Masa takiej kostki w kilogramach jest równa liczbowo gęstości substancji. I tak np. 1m3 wody ma masę jednej tony (1T = 1000kg). Zatem gęstość wody to 1000 kg/m3. Jeden metr sześcienny powietrza ma masę nieco ponad 1 kg. Gęstość powietrza wynosi 1,29 kg/m3.

7. Największa gęstość! • Jakie substancje są najcięższe (mają największą gęstość)? Ze zwykłych metali największą gęstość ma platyna (21000 kg/m3). Metal ten jest więc ponad 21 razy cięższy od wody. Złoto też jest bardzo ciężkie - jego gęstość to ponad 19000 kg/m3. Słynny z ciężkości ołów jest już tylko nieco ponad 11 razy cięższy od wody i prawie dwa razy lżejszy od platyny.

8. Najmniejsza gęstość • Co ma małą gęstość? Wiadomo - rozrzedzone gazy. Oczywiście gaz można zawsze rozrzedzać coraz bardziej, aż stanie się próżnią - wtedy jego gęstość stanie się równa zero. Dlatego nie ma wielkiego sensu pytanie o to co ma najmniejszą gęstość. Interesujące jest natomiast pytanie: jakie są najlżejsze ciała stałe? - ciała takie mogą być doskonałymi elementami konstrukcyjnymi samolotów, statków wysokich budynków. Wiemy, że bardzo lekki jest styropian - jego gęstość kilkadziesiąt razy mniejsza od gęstości wody; bardzo lekkim metalem jest z kolei glin (aluminium) o gęstości 2700 kg/m3 - jest prawie trzy razy lżejszy niż żelazo.

9. Stop aluminium z miedzią i magnezem (+domieszki) zwany pod nazwą duraluminium jest doskonałym materiałem do budowy lekkich konstrukcji samolotów i statków. Bardzo lekkim ciałem stałym jest oczywiście także styropian, najlżejszym drewnem jest balsa - jest prawie 10 razy lżejsza od wody. • W normalnych warunkach najlżejszym gazem jest wodór - 0,09kg/m3 - kilkanaście razy mniej niż powietrze. Ta jego własność powoduje, że jest on doskonałym materiałem do wypełniania powłok balonów. Niestety ma też i jedną wadę - jest bardzo wybuchowy. Dlatego ostatnio częściej wypełnia się powłoki balonów helem - gazem 4 razy cięższym, ale za to całkowicie niepalnym.

10. Tak obliczamy gęstość substancji:

11. Jednostka gęstości • Jednostką gęstości w układzie SI jest kilogram na metr sześcienny – kg/m³. Inne jednostki to m.in. kilogram na litr – kg/l, oraz gram na centymetr sześcienny – g/cm³ .

12. Gęstość większości substancji jest zależna od panujących warunków, w szczególności od temperatury i ciśnienia. • Gęstość większości substancji zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury (jednym z wyjątków jest woda w temperaturze poniżej 4 °C). Zjawisko to wynika z rozszerzalności cieplnej ciał.

13. Przykładowe Gęstości ciał stałych w (kg/m³) w 20 °C

14. Gęstość cieczy w (kg/m³) w 22 °C Przykładowe substancje:

15. Gęstość gazów w (kg/m³) w 20 °C pod ciśnieniem normalnym. Przykładowe substancje:

16. Ciała stałe mają większą gęstość niż ciecze i gazy. Wraz ze wzrostem temperatury gęstość zazwyczaj maleje. Czysta woda jest wyjątkiem od tej reguły, a z pierwiastków bizmut, gal i german. Woda to jedyna substancja, która osiąga najwyższą gęstość w postaci cieczy.  Woda ma bowiem  największą gęstość przy temperaturze 4°C. Wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami wody sprawiają, że  lód ma bardzo trwałą, uporządkowaną strukturę.  W niskich temperaturach woda ma większą gęstość niż  lód i dlatego lód pływa w wodzie.  

17. Dodanie soli do wody powoduje wzrost jej gęstości. Ponadto  uniemożliwia tworzenie się  wiązań wodorowych. Oznacza to, że woda morska, w przeciwieństwie do czystej wody, nie osiąga największej gęstości w temperaturze 4°C, lecz gdy zamienia się w lód.  Oznacza to także, że woda morska zamarza w temperaturze poniżej 0°C. Wykorzystujemy to zimą sypiąc sól na drogi aby zapobiec ich oblodzeniu.

18. To takie proste! :D

19. Archimedes • Archimedes z Syrakuzok. 287-212 p.n.e.) – grecki filozof przyrody i matematyk, urodzony i zmarły w Syrakuzach; wykształcenie zdobył w Aleksandrii. Był synem astronoma Fidiasza i prawdopodobnie krewnym lub powinowatym władcy Syrakuz Hierona II.

21. Historię życia Archimedesa przyrównuje się często do procesu podbijania Starożytnej Grecji przez Cesarstwo rzymskie. Rzymianie swą okupacją spowodowali stagnację w rozwoju tak bogatej kultury, nauki i filozofii hellenistycznej, ale jednocześnie zachowali ogromny szacunek dla greckich osiągnięć, z których niejednokrotnie czerpali.

22. Prace naukowe Archimedesa • Był autorem traktatu o kwadraturze odcinka paraboli, twórcą hydrostatyki i statyki, prekursorem rachunku całkowego. Zajmował się również astronomią – zbudował globus i (podobno) planetarium z hydraulicznym napędem, które Marcellus zabrał jako jedyny łup z Syrakuz, opisał ruch pięciu planet, Słońca i Księżyca wokół nieruchomej Ziemi.

23. Odkrycia • prawo Archimedesa • aksjomat Archimedesa • zasadę dźwigni – sławne powiedzenie Archimedesa "Dajcie mi punkt podparcia, a poruszę Ziemię" • prawa równi pochyłej • środek ciężkości i sposoby jego wyznaczania dla prostych figur

24. Dzieła ARCHIMEDESA • O liczeniu piasku – o wielkich liczbach i o nieskończoności. O liniach spiralnych – wprowadził tu spiralę Archimedesa • O kuli i walcu – wyprowadza wzory na pole powierzchni i objętość kuli, walca i czaszy kulistej. • O konoidach i sferoidach – o krzywych stożkowych • O ciałach pływających – definicja praw hydrostatyki i aerostatyki

25. Wynalazki Archimedesa • przenośnik ślimakowy • zegar wodny • organy wodne • machiny obronne • udoskonalił wielokrążek i zastosował go do wodowania statków • Także Był konstruktorem największego okrętu starożytności "Syrakuzja", o długości 150 metrów.

26. Śruba Archimedesa

27. Doświadczenie związane z gęstością Doświadczenie 1 - Wyznaczanie gęstości bryły jednorodnej o regularnym kształcie Przyrządy i materiały : waga laboratoryjna komplet odważników , linijka , bryła jednorodna o regularnym kształcie ( prostopadłościan lub sześcian ) .1.Wyznacz masę bryły za pomocą wagi laboratoryjnej ..

28. Czy wiesz, że? W punkcie, w środku czarnej dziury, gęstość materii, ciśnienie i pole grawitacyjne są nieskończenie wielkie. • Czarne dziury tworzą się, gdy materia osiąga wystarczająco wielką gęstość • Gwiazda neutronowa jest ok. 100 milionów razy gęstsza niż biały karzeł

29. A to ciekawe? Dlaczego statek nie zatonie??? Dlaczego samolot nie spada??

30. Średnia gęstość okrętu jest mniejsza od gęstości wody i dlatego może on pływać tylko częściowo zanurzony, mimo, że jego kadłub jest wykonany ze stalowej blachy, która tonie w wodzie

31. Krzyżówka • Inna nazwa aluminium. • Masa ciała to w potocznej mowie … • Metal jubilerski o mniejszej gęstości niż złoto • Który z gazów ma większą gęstość tlen czy azot • ρ.(litera alfabetu greckiego) • Kostka Rubika to…. • Ciecz o gęstości 13546kg/m3

32. Odpowiedzi:D

33. Zadanie związane z gęstością Zad1. Silny uczeń Jan Pietruszka może podnieść ciało o masie 60kg. Czy podniesie naczynie o pojemności 6 litrów, wypełnione rtęcią? Masa naczynia wynosi 0,5kg. Rozwiązanie: 6litrów = 6dm3 = 0,006 m3 Masa rtęci = 13500*0,006= 81kg 81+0.5=81,5kg Odp. : Jan Pietruszka nie poradzi sobie z tym naczyniem.

34. Zad2.Korona ma objętość 100 cm3 i masę 1700g. Sprawdź czy korona jest wykonana z czystego złota. Rozwiązanie: V= 100cm3 M= 1700g ρ= 1700/ 100= 17g/cm3 Gęstość złota wynosi 19,3g/cm3 Odp. : Korona nie jest wykonana z czystego złota