Πυκνότητα υλικού σώματος , d=m/V , όγκος, μάζα, ζυγός, ογκομετρικός κύλινδρος
Τι εννοούμε με την πρόταση "το λάδι είναι ελαφρύτερο από το νερό". Είναι καλά διατυπωμένη η πρόταση αυτή; Πως θα έπρεπε (αν έπρεπε) να είναι διατυπωμένη ;
(Εννοούμε για παράδειγμα ότι αν πάρουμε λάδι σε συσκευασία δύο λίτρων αυτό θα έχει μεγαλύτερη μάζα από την μάζα εμφιαλωμένου νερού σε μπουκάλι ενός λίτρου;)
Αν πάρουμε έναν ξύλινο κύβο όγκου 1 κυβικού εκατοστού (από ξύλο λεύκας) και τον ζυγίσουμε θα βρούμε μάζα 0,35 g ενώ αν κάνουμε το ίδιο με έναν χάλκινο κύβο θα βρούμε μάζα 8,9 g. Παρατηρούμε δηλαδή ότι παρά το ότι τα δύο υλικά έχουν τον ίδιο όγκο δεν ζυγίζουν το ίδιο, δηλαδή δεν έχουν ίσες μάζες. Ο χαλκός έχει περισσότερη μάζα από το ξύλο ίσου όγκου.
Γιατί συμβαίνει αυτό;
Ας δούμε μια αρχική εξήγηση/προσέγγιση με τη βοήθεια του παρακάτω σχήματος .
Ας πούμε ότι στην εικόνα δεξιά έχουμε υπό τεράστια μεγέθυνση τον ξύλινο και τον χάλκινο κύβο.
Αριστερά ο κύβος του ξύλου του οποίου τα σωματίδια είναι λίγα και σχετικά μακριά το ένα από το άλλο, ενώ πιο δεξιά είναι ο κύβος του χαλκού με περισσότερα σωματίδια και με πιο μικρές αποστάσεις μεταξύ τους. Η δεύτερος κύβος είναι πιο πυκνός από τον πρώτο σε σωματίδια γι αυτό λέμε ότι ο χαλκός έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το ξύλο. Δηλαδή περισσότερη μάζα (υλικό) στον ίδιο όγκο.
Τι θέλει να μας "πει" η διπλανή εικόνα;
Πυκνότητα ενός υλικού είναι είναι η μάζα σε γραμμάρια (g) που έχει ένα υλικό όταν αυτό έχει όγκο 1 κυβικό εκατοστό (cm^3).
Γενικεύοντας θα μπορούσαμε να πούμε ότι πυκνότητα ενός υλικού είναι η μάζα που έχει το υλικό αυτό στην μονάδα του όγκου. (δηλ στο ένα κυβικό εκατοστό (cm^3) ή στο ένα κυβικό. μέτρο (m^3))
Παραδείγματα:
Η πυκνότητα του χαλκού είναι 8,9 g/κ. εκ διότι 1 κ.εκ χαλκού ζυγίζει 8,9 g
Όταν λέμε ότι η πυκνότητα του σιδήρου είναι 7,86 g/κ. εκ εννοούμε ότι σίδηρος όγκου ενός κ.εκ ζυγίζει 7,86 g
Η πυκνότητα μετριέται συνήθως σε γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό (g/cm^3) ή g/ml.
Μετριέται όμως και σε κιλά ανά κυβικό μέτρο (Kg/m^3)
Είναι φανερό ότι διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές πυκνότητες. Δηλαδή η πυκνότητα εξαρτάται από την φύση του υλικού.( Αν είναι δηλαδή σίδηρος, αλουμίνιο, λάδι ..... κλπ)
Στον πίνακα δεξιά βλέπετε κάποια υλικά και τις αντίστοιχες πυκνότητές τους.
Η πυκνότητα ενός υλικού είναι χαρακτηριστικό φυσικό μέγεθος του υλικού. Δηλαδή κάθε υλικό έχει την δική του πυκνότητα. (Για παράδειγμα ο σίδηρος μιας γέφυρας έχει παντού την ίδια πυκνότητα δηλαδή απ'όποιο σημείο της γέφυρας κι αν πάρω 1 κ.εκ σιδήρου αυτό θα ζυγίζει πάντα το ίδιο.)
Επίσης διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές πυκνότητες.
Διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικές πυκνότητες
Για να υπολογίσουμε την πυκνότητα ενός υλικού χρησιμοποιούμε την διπλανή σχέση όπου
d παριστάνει την πυκνότητα του υλικού, m την μάζα του και V τον όγκο του
Ζυγίσαμε ένα μεταλλικό αντικείμενο όγκου 3,5 cm^3 και βρήκαμε μάζα 24,99 g. Ποια είναι η πυκνότητα του υλικού και από ποιο μέταλλο είναι το υλικό αυτό; (Για το είδος του μετάλλου ανατρέξτε στον πίνακα υλικών- πυκνοτήτων που είδαμε λίγο πιο πριν)
Απάντηση
Είναι m=24,99 g και V=3,5 cm^3. Συνεπώς d=m/V= 24,99/3,5=7,14 g/cm^3
Συμβουλευόμενοι τον πίνακα πιο πριν βρίσκουμε ότι το μέταλλο που ζητάμε είναι ο ψευδάργυρος.
Πειραματική εύρεση πυκνότητας υγρού σώματος
Εικονικό πείραμα εύρεσης πυκνότητας υγρού στο πνεύμα του πρώτου πειράματος της εργαστηριακής άσκησης 3
Πειραματική εύρεση πυκνότητας στερεού σώματος
Εικονικό πείραμα εύρεσης πυκνότητας στερεού στο πνεύμα του πρώτου πειράματος της εργαστηριακής άσκησης 4
Δείτε τα στάδια που ακολουθούμε προκειμένου να βρούμε πειραματικά την πυκνότητα ακανόνιστου σχήματος.
Χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες της εικόνας βρείτε την πυκνότητα του μεταλλικού αυγού. Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας τον πίνακα της εικόνας βρείτε από τι υλικό είναι κατασκευασμένο το μεταλλικό αυγό του πειράματος.
Δείτε το βίντεο και υπολογίστε την πυκνότητα του κόκκινου σώματος