Определение величины

Насыщенность смеси вещества или чистого компонента представляет собой количество массы, которая содержится в одной единице объема. Единица плотности в СИ – кг/м3. За величину принимают массу одного кубического метра дистиллированной воды, которая взята при температуре четыре градуса.

В основном вычисляют не ее абсолютное значение у вещества или смеси компонентов, а относительную плотность, которая выражает отношение массы смеси (компонента) к чистой воде равного объема.

По численному показателю значения относительной и абсолютной плотности одинаковы, есть отличия только по размерности. У относительной отсутствует единица плотности.

В нашей стране существует специальный ГОСТ 3900, согласно которому, осуществляется определение плотности при показателе температуры +20 градусов по Цельсию.

Для экспортной нефти и нефтепродуктов используют специальные международные стандарты вычисления плотности. Они подразумевают применение ареометров и цифровых анализаторов плотности.

В Соединенных Штатах Америки и Англии используют условные величины, такие как градусы, введены даже специальные градусы Боме и АПИ. Между ними существует связь, выражаемая арифметическими уравнениями.

В некоторых справочных материалах упоминается обозначение плотности d204. В реальности эту физическую величину определяют при различных значениях температур, используя значение коэффициента объемного расширения.

Плотность в качестве самостоятельного показателя важна именно для нефтехимии. Кроме того, этот физический термин применяют при определении структурно-группового состава, проводя анализ смеси углеводородных фракций.

Формулы API

градусы API	относительная плотность	плотность, кг/м³
8	1.014	1012
9	1.007	1005
10	1.000	998
15	0.966	964
20	0.934	932
25	0.904	902
30	0.876	874
35	0.850	848
40	0.825	823
45	0.802	800
50	0.780	778
55	0.759	757
58	0.747	745
соотношение между плотностью в градусах API, удельным весом и плотностью (при температуре 60 °F ~15.6 °C)

Плотность в градусах API и относительная плотность нефти при базовой температуре 60 °F (15.6 °C) связаны четким арифметическим уравнением и могут быть легко преобразованы друг в друга.

Плотности в градусах API из относительной плотности можно рассчитать по следующей формуле:

API gravity=141.5SG−131.5{\displaystyle API~gravity={\frac {141.5}{SG}}-131.5}

В свою очередь относительную плотность можно рассчитать из плотности в градусах API:

SG at 60∘F=141.5API gravity+131.5{\displaystyle SG\ {\mbox{at}}~60^{\circ }{\mbox{F}}={\frac {141.5}{API~gravity+131.5}}}

При этом, плотность нефти в кг/м³, при той же температуре, получается путём умножения её относительной плотности на 1000 кг/м³.

Для тяжелой нефти с относительной плотностью 1.0 (то есть с той же плотностью что и вода) плотность в градусах API составит:

141.51.0−131.5=10.0∘API{\displaystyle {\frac {141.5}{1.0}}-131.5=10.0^{\circ }{\mbox{API}}}

Примечания

1. Существуют также поверхностная плотность (отношение массы к площади) и линейная плотность (отношение массы к длине), применяемые соответственно к плоским (двумерным) и вытянутым (одномерным) объектам.
2. Подразумевается также, что область стягивается к точке, то есть, не только её объём стремится к нулю (что могло бы быть не только при стягивании области к точке, но, например, к отрезку), но также стремится к нулю и её диаметр (максимальный линейный размер).
3. Агекян Т. А. . Расширение Вселенной. Модель Вселенной // Звёзды, галактики, Метагалактика. 3-е изд. / Под ред. А. Б. Васильева. — М.: Наука, 1982. — 416 с. — С. 249.
4. . Санкт-Петербургский Государственный Технологический Университет Растительных Полимеров (2014). Дата обращения 4 января 2019.
5. , p. 158.
6. , p. 136.
7. , p. 96.
8. , p. 160.
9. , p. 138.
10. , p. 198.
11. , p. 319.
12. ↑ , p. 165.
13. , p. 179.
14. , p. 163.
15. , p. 141.
16. , p. 67.
17. , p. 108.
18. , p. 57.
19. , p. 313.
20. , p. 105.
21. , p. 50.
22. , p. 151.
23. , p. 111.
24. , p. 60.
25. , p. 168.
26. , p. 101.
27. , p. 54.
28. , p. 134.
29. , p. 98.
30. , p. 47.

Понятие насыпной плотности

Вводят для анализа сыпучих строительных материалов (песка, гравия, керамзита и др.). Показатель важен для расчета экономически выгодного применения тех или иных компонентов строительной смеси. Он показывает отношение массы вещества к объему, который оно занимает в состоянии рыхлой структуры.

Например, если известна насыпная плотность материала зернистой формы и средняя плотность зерен, то легко определить параметр пустотности. При изготовлении бетона целесообразнее применять наполнитель (гравий, щебень, песок), обладающий меньшей пористостью сухого вещества, так как на его заполнение пойдет базовый цементный материал, что увеличит себестоимость.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Плотность железа 7,8 г/см3. Чему равна плотность железа в кг/м3?

1) 0,078 кг/м3 2) 7,8 кг/м3 3) 7800 кг/м3 4) 7 800 000 кг/м3

2. Две тележки массами 200 г и 400 г соединены сжатой пружиной и скреплены нитью. После того, как нить пережгли, пружина распрямилась, и тележки разъехались. Первая тележка приобрела скорость, равную 0,5 м/с. Какую скорость приобрела вторая тележка?

1) 0,25 м/с 2) 0,5 м/с 3) 1 м/с 4) 2 м/с

3. При взаимодействии двух тел каждое из них приобретает ускорение. Ускорение одного тела массой 200 г равно 1 м/с2. Ускорение другого тела массой 500 г равно

1) 2,5 м/с2 2) 1 м/с2 3) 0,5 м/с2 4) 0,4 м/с2

4. Массу тела измеряют,

А. взвешивая его на рычажных весах Б. приведя во взаимодействие с телом известной массы

Правильный ответ

1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б

5. Три тела имеют одинаковый объём. Плотности веществ, из которых изготовлены эти тела, соотносятся как ​\( \rho_1<\rho_2<\rho_3 \)​. Как соотносятся массы этих тел?

1) ​\( m_1=m_2=m_3 \)​ 2) ​\( m_1>m_2>m_3 \) 3) ​\( m_1<m_2<m_3 \) 4) ​\( m_1<m_2>m_3 \)

6. На рисунке приведена столбчатая диаграмма, на которой представлены значения массы двух тел равного объёма. Какой вывод можно сделать из анализа диаграммы?

1) ​\( \rho_1=2\rho_2 \)​ 2) \( \rho_1=1,5\rho_2 \)​ 3) \( \rho_1=\rho_2 \)​ 4) \( \rho_1=0,5\rho_2 \)​

7. Три кубика одинакового объёма сделаны из разных материалов. Плотности этих материалов соотносятся как ​\( \rho_1>\rho_2>\rho_3 \)​. Как соотносятся массы этих тел?

1) ​\( m_1<m_2<m_3 \) 2) \( m_1=m_2=m_3 \) 3) \( m_1>m_2>m_3 \) 4) \( m_1>m_2<m_3 \)

8. На рисунке приведены графики зависимости массы двух тел от их объёма. Сравните значения плотности этих тел.

1) ​\( \rho_1<\rho_2 \)​ 2) \( \rho_1=\rho_2 \) 3) \( \rho_1>\rho_2 \) 4) \( \rho_1\leq\rho_2 \)

9. Чему равна масса льдины объёмом 0,2 м3, если плотность льда 0,9 г/см3?

1) 0,18 кг 2) 4,5 кг 3) 18 кг 4) 180 кг

10. Отвечая на вопрос учителя о том, какую величину называют плотностью вещества, учащиеся давали разные ответы, среди которых были следующие:

А. Плотность вещества — физическая величина, прямо пропорциональная массе тела и обратно пропорциональная его объёму. Б. Плотность вещества — физическая величина, рав- ная отношению массы тела к его объёму.

Правильный ответ:

1) только А 2) только Б 3) и А, и Б 4) ни А, ни Б

11. Ниже приведены таблица плотности веществ и четыре утверждения. Из приведённых ниже утверждений выберите два правильных и запишите их номера

1) Масса 6 м3 машинного масла равна массе 2 м3 алюминия 2) Объём стальной детали больше объёма алюминиевой детали при их одинаковой массе 3) Объём 0,5 кг машинного масла примерно в 2 раза меньше объёма 0,8 кг спирта 4) Масса 5 м3 цинка меньше массы 30 м3 воды

12. Установите соответствие между физическими величинами в левом столбце и их зависимостью от выбора системы отсчёта в правом столбце. В таблице под номером физической величины левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента из правого столбца.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА A) масса Б) время B) скорость

ПОНЯТИЕ 1) относительная 2) инвариантная

Часть 2

13. Два мяча: один массой 200 г, другой массой 250 г после столкновения разлетелись в разные стороны. Мяч меньшей массы в результате столкновения приобрёл скорость 5 м/с. Чему равен путь, который пролетит за 2 с мяч большей массы? Считать, что скорость мяча за это время не изменится.

Задания повышенной сложности

Усложнить задание можно, предложив ребятам определить вещество, из которого изготовлено тело

Используемая при этом таблица плотности веществ позволяет обратить внимание на необходимость умения работать со справочной информацией

При решении экспериментальных задач учащиеся обязаны иметь необходимый объем знаний в области использования физических приборов и перевода единиц измерения. Зачастую именно это вызывает наибольшее число ошибок и недочетов. Возможно, этому этапу изучения физики стоит выделить больше времени, он позволяет сопоставить знания и опыт исследования.

Методы физического исследования

Как известно, среди методов исследования явлений природы выделяют наблюдение и эксперимент. Проводить наблюдения за природными явлениями учат в начальной школе: проводят простейшие измерения, зачастую ведут «Календарь природы». Эти формы обучения способны привести ребенка к необходимости изучения мира, сопоставления наблюдаемых явлений, выявления причинно-следственных связей.

Однако только полноценно проведенный эксперимент даст в руки юному исследователю инструменты в раскрытии тайн природы. Развитие экспериментальных, исследовательских навыков осуществляется на практических занятиях и в ходе выполнения лабораторных работ.

Проведение эксперимента в курсе физики начинают с определений таких физических величин, как длина, площадь, объем. При этом устанавливается связь между математическими (для ребенка достаточно абстрактными) и физическими знаниями. Обращение к опыту ребенка, рассмотрение давно известных ему фактов с научной точки зрения способствует формированию у него необходимой компетентности. Цель обучения в этом случае — стремление к самостоятельному постижению нового.

Формула вычисления

Рассматриваемая величина находится в обратной зависимости от размеров сечения (чем больше площадь, тем меньше плотность тока) и временного периода прохождения электрозаряда и в прямой – от величины этого заряда.

Это можно записать так:

j=Δq/ΔtΔS (q тут – элементарно малый заряд, t – бесконечно малый промежуток времени, а S – площадь сечения).

Так как токовая сила выражается как частное заряда и временного промежутка его прохода, формулу можно записать и так:

j= I/ΔS.

Формула плотности тока с опорой на параметры перемещающихся зарядов будет выглядеть так:

j=q*n*V (V тут – скорость, а n – концентрация электронных частиц).

Относительная плотность веществ

Сравнение свойств различных веществ достаточно интересно на основании относительных величин. Относительная плотность вещества – одна из таких величин.

Обычно относительную плотность вещества определяют по отношению к дистиллированной воде. Как отношение плотности данного вещества к плотности эталона, эта величина определяется с помощью пикнометра. Но в школьном курсе естествознания эта информация не используется, интересна она при глубоком изучении (чаще всего факультативно).

Олимпиадный уровень изучения физики и химии может затронуть и понятие «относительная плотность вещества по водороду». Обыкновенно его применяют к газам. Для определения относительной плотности газа находят отношение молярной массы исследуемого газа к молярной массе водорода. Использование относительной молекулярной массы не исключается.

Примечания

1. Egbert Boeker; Rienk van Grondelle. Environmental Physics (неопр.). — 2nd. — Wiley, 2000.

2. Visconti, Guido. Fundamentals of physics and chemistry of the atmosphere (англ.). — Berlin: Springer, 2001. — P. 470. — ISBN 978-3-540-67420-7.

3. Retrieval of Aerosol Distributions by Multi-Axis Differential Absorption Spectroscopy (MAX-DOAS), С. 1145–1149.

4. Improved retrieval of total water vapor over polar regions from AMSU-B microwave radiometer data, С. 2307–2322.

5. Retrieval of Sea Ice Emissivity and Integrated Retrieval of Surface and Atmospheric Parameters over the Arctic from AMSR-E data, С. 236–241.

6. . Webopedia. Дата обращения 9 апреля 2014.

Диапазон плотностей в природе

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

• Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (2·10−31—5·10−31 кг/м³, без учёта тёмной материи).
• Плотность межзвёздной среды приблизительно равна 10−23—10−21 кг/м³.
• Средняя плотность красных гигантов в пределах их фотосфер много меньше, чем у Солнца — из-за того, что их радиус в сотни раз больше при сравнимой массе.
• Плотность газообразного водорода (самого лёгкого газа) при нормальных условиях равна 0,0899 кг/м³.
• Плотность сухого воздуха при нормальных условиях составляет 1,293 кг/м³.
• Один из самых тяжёлых газов, гексафторид вольфрама, примерно в 10 раз тяжелее воздуха (12,9 кг/м³ при +20 °C)
• Жидкий водород при атмосферном давлении и температуре −253 °C имеет плотность 70 кг/м³.
• Плотность жидкого гелия при атмосферном давлении равна 130 кг/м³.
• Усреднённая плотность тела человека от 940—990 кг/м³ при полном вдохе, до 1010—1070 кг/м³ при полном выдохе.
• Плотность пресной воды при 4 °C 1000 кг/м³.
• Средняя плотность Солнца в пределах фотосферы около 1410 кг/м³, примерно в 1,4 раза выше плотности воды.
• Гранит имеет плотность 2600 кг/м³.
• Средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
• Плотность железа равна 7874 кг/м³.
• Плотность металлического урана 19100 кг/м³.
• Плотность атомных ядер приблизительно 2·1017 кг/м³.
• Теоретически верхняя граница плотности по современным физическим представлениям это планковская плотность 5,1·1096 кг/м³.

7 ПОРЯДОК ИСПЫТАНИЙ

7.1 С помощью
шпателя порошок осторожно насыпают или подают в воронку до полного заполнения
им емкости (стакана)и до начала пересыпания из нее порошка. 7.2 Если порошок
свободно не течет (через сито), его прохождение может быть облегчено
легким протиранием мягкой щеточкой (кисточкой)

7.2 Если порошок
свободно не течет (через сито), его прохождение может быть облегчено
легким протиранием мягкой щеточкой (кисточкой).

Примечание — Если легкого протирания
недостаточно для прохождения порошка через сито, считают, что метод определения
с помощью волюмометра Скотта не применим к данному порошку.

7.3 Выравнивают
порошок линейкой и следят, чтобы его не уплотнить или не вычерпнуть, не
толкнуть или не вызвать вибрацию емкости. Поверхность
порошка выравнивают одноразовым движением с помощью немагнитной линейки,
повернутой ребром к верхнему торцу емкости.

7.4 После
выравнивания поверхности порошка следует слегка постучать по емкости, чтобы
порошок осел и не рассыпался при перемещении. Необходимо удалить с наружной
поверхности емкости прилипшие частицы.

7.5 Массу
порошка определяют с точностью до 0,05 г. Определение выполняют на трех
испытуемых порциях.

Примеры абсолютно непрерывных распределений

• Бета-распределение
• Гамма-распределение
• Гиперэкспоненциальное распределение
• Двумерное нормальное распределение
• Логнормальное распределение
• Многомерное нормальное распределение
• Непрерывное равномерное распределение
• Нормальное распределение
• Обобщённое гиперболическое распределение
• Полукруговой закон Вигнера
• Распределение variance-gamma
• Распределение Вейбулла
• Распределение Гомпертца
• Распределение Колмогорова
• Распределение копулы
• Распределение Коши
• Распределение Лапласа
• Распределение Накагами
• Распределение Парето
• Распределение Пирсона
• Распределение Райса
• Распределение Рэлея
• Распределение Стьюдента
• Распределение Трейси — Видома
• Распределение Фишера
• Распределение хи-квадрат
• Частотное распределение
• Экспоненциальное распределение

Измерение истинной плотности

Рассматривая плотность материала строительства, нужно учитывать его истинный показатель. То есть когда структура вещества единицы объема не содержит в себе раковин, пустот и посторонних включений. На практике нет абсолютной однородности, когда, например, бетон заливают в форму. Чтобы определить реальную его прочность, которая напрямую зависит от плотности материала, проводят следующие операции:

• Структуру подвергают измельчению до состояния порошка. На этом этапе избавляются от пор.
• Просушивают в сушильном шкафу при температуре свыше 100 градусов, из пробы удаляют остатки влаги.
• Остужают до комнатной температуры и пропускают через мелкое сито с размером ячейки в 0,20 х 0,20 мм, придавая однородность порошку.
• Полученный образец взвешивают на электронных весах высокой точности. Объем вычисляют в объемомере методом погружения в жидкую структуру и измерения вытесненной жидкости (пикнометрический анализ).

Расчет проводят по формуле:

p=m/V

где m – масса образца в г;

V – величина объема в см3.

Часто применимо измерение плотности в кг/м3.

Плотности некоторых газов

Плотность газов, кг/м³ при НУ.

Азот	1,250	Кислород	1,429
Аммиак	0,771	Криптон	3,743
Аргон	1,784	Ксенон	5,851
Водород	0,090	Метан	0,717
Водяной пар (100 °C)	0,598	Неон	0,900
Воздух	1,293	Радон	9,81
Гексафторид вольфрама	12,9	Углекислый газ	1,977
Гелий	0,178	Хлор	3,164
Дициан	2,38	Этилен	1,260

Для вычисления плотности произвольного идеального газа, находящегося в произвольных условиях, можно использовать формулу, выводящуюся из уравнения состояния идеального газа:

ρ=pMRT{\displaystyle \rho ={\frac {pM}{RT}}},

где:

• p{\displaystyle p} — давление,
• M{\displaystyle M} — молярная масса,
• R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная, равная приблизительно 8,314 Дж/(моль·К)
• T{\displaystyle T} — термодинамическая температура.

Средняя плотность материала

Чтобы определить, как ведут себя строительные материалы в реальных условиях эксплуатации под воздействием влаги, положительных и отрицательных температур, механических нагрузок, нужно использовать средний показатель плотности. Он характеризует физическое состояние материалов.

Если истинная плотность – неизменная величина и зависит лишь от химического состава и структуры кристаллической решетки вещества, то средняя плотность определяется пористостью структуры. Она представляет собой отношение массы материала в однородном состоянии к объему занимаемого пространства в естественных условиях.

Средняя плотность дает представление инженеру о механической прочности, степени влагопоглощения, коэффициенте теплопроводности и других важных факторах, используемых в строительстве элементов.

Определение плотности

Естественно, изучение физики не может быть полным без решения задач. На этом этапе вводятся формулы расчета. Формула плотности в физике 7 класса, наверное, первое физическое соотношение величин для ребят

Ей уделяется особое внимание не только вследствие изучения понятий плотности, но и по факту обучения методам решения задач

Именно на этом этапе закладывается алгоритм решения физической вычислительной задачи, идеология применения основных формул, определений, закономерностей. Научить анализу задачи, способу поиска неизвестного, особенностям использования единиц измерения учитель пытается на применении такого соотношения, как формула плотности в физике.

Применение плотности в градусах API в России

В России введен в действие ГОСТ Р 51069-97 «Метод определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром», который является аутентичным переводом национального стандарта США ASTM D 1298 «Стандартный метод определения плотности, относительной плотности (удельного веса) или плотности в градусах API сырой нефти и жидких нефтепродуктов ареометром» с требованиями для применения в России.

Данный стандарт распространяется на сырую нефть, нефтепродукты, смеси нефтей и жидкие нефтяные продукты и устанавливает метод определения плотности, относительной плотности (удельного веса) или плотности в градусах API с помощью стеклянного ареометра. Однако, стандартные таблицы ASTM D1250-08 Standard Guide for Use of the Petroleum Measurement Tables не вошли в данный ГОСТ и рекомендованы для отдельного приобретения.

Виды электротока, условия протекания

Частицы, несущие заряд, могут перемещаться в толще проводника беспорядочно или целенаправленно двигаться в определенном направлении. Во втором случае говорят о наличии электрического тока. Основная его характеристика – наличие вектора перемещения. Вектор токового движения идентичен направлению заряженных частиц.

Хаотичное и направленное перемещение заряженных частиц

Важно! Токовый ход может быть постоянным и переменным. В первом случае поток частиц перемещается четко в одном направлении по прямой, без колебаний и возмущений

Во втором – имеют место синусоидальные колебания с определенной частотой. Для трансформации (выпрямления) переменного электротока применяют специальные устройства. Вообще для существования константного тока требуется, чтобы с одного конца проводникового элемента все время имел место избыток отрицательно заряженных частиц, а со второго – дефицит. Также требуется сила, которая будет эти заряды перемещать.

Переменный ток, в противоположность постоянному, не требует соблюдения полярности. В отличие от постоянного, он имеет частоту – так называется количество смен направления перемещения частиц за единицу времени. В стандартной бытовой сети число таких смен равно 50 в секунду. Различные приборы, питающиеся от аккумуляторных элементов и батарей, а также бытовая техника, ноутбуки, стационарные компьютеры потребляют постоянный электроток. Сама батарея является генератором постоянного токового хода, но его можно инвертировать в переменный с помощью специальных устройств.

Ток, вызываемый электрополем, принято называть током проводимости. Элементарные частицы, переносящие заряд, отличаются у разных типов проводниковых материалов. В случае металлических элементов это свободные электроны, у части полупроводниковых материалов – целенаправленно движущиеся ионы. В электролитах (в том числе применяемых в аккумуляторных батареях) ионы с плюсовым и минусовым зарядами движутся в разные стороны. Последнее характерно для всех проводников, представляющих собой жидкости.

В конвекционном электротоке электроны перемещаются под действием инерции. Еще одна разновидность тока – протекающий в вакуумных условиях (такое явление применяется в электронных лампочках). Основными характеристиками электротока являются сила и плотность тока.

Направленное перемещение электронов в проводнике

Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность в определённом диапазоне температур ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, висмут и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при затвердевании уменьшается.

Определение и расчет

Зачем вообще нужно определять величину насыпной плотности песка перед его использованием? Данный физико-технический параметр сыпучего материала дает возможность определиться:

• со сферой использования материала;
• с необходимым количеством объемной массы материала, которая понадобится для выполнения определенного вида работ;
• с необходимым уровнем трамбовки.

Самое важное, что поможет определить величина насыпной плотности сыпучего материала, – это его качество

Ранее в статье мы говорили о том, что для определения более точной величины насыпной плотности используют так называемый уплотнительный коэффициент, величина которого зависит от состояния песчаной насыпи и вида работ:

• для сухой песчаной смеси – 1,05–1,15;
• для влажного материала – 1,1–1,25;
• для обратной засыпки котлованов – 0,95;
• для засыпки пазух – 0,98;
• для обустройства инженерных сетей вдоль железнодорожных и автодорог – 0,98–1,0.

Насыпную плотность материала можно определить самостоятельно. Для этого не нужно иметь специальный комплект оборудования, которым пользуются в лаборатории. Существует определенная формула, применение которой дает возможность определить данную физическую величину, используя подручные средства.

Насыпная плотность сыпучего материала определяется по формуле:

P = (m1 – m2) /V, где:

m1 – общий вес сыпучего материала, который помещен в измерительную тару, например ведро;

m2 – вес тары;

V – объем емкости, например 10 литров.

Прежде чем приступить к расчету, все величины нужно перевести в м³: 10 литров – это 0,01 м³. Если данную величину перевести в килограммы, то получим 0,56 кг. Полное десятилитровое ведро с песком весит примерно 15 кг. Зная все величины, можно воспользоваться формулой:

P = (15 – 0,56) / 0,01 = 1444 кг/ м³.

Для того чтобы получить более точный результат, полученная величина умножается на коэффициент уплотнения. Но нужно помнить, что данный поправочный коэффициент имеет погрешность, которая равна примерно 5%. Перед самым использованием материала желательно несколько раз вычислять величину, каждый раз набирая песок из разных участков. Данная необходимость возникла потому, что сыпучий материал, который хранится в определенных условиях, может иметь разный уровень влажности.

В следующем видео вас ждет демонстрация виртуальной лабораторной работы «Определение насыпной плотности материала».

Диапазон плотностей в природе

Для различных природных объектов плотность меняется в очень широком диапазоне.

• Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (2·10−31—5·10−31 кг/м³, без учёта тёмной материи).
• Плотность межзвёздной среды приблизительно равна 10−23—10−21 кг/м³.
• Средняя плотность красных гигантов в пределах их фотосфер много меньше, чем у Солнца — из-за того, что их радиус в сотни раз больше при сравнимой массе.
• Плотность газообразного водорода (самого лёгкого газа) при стандартных условиях равна 0,0899 кг/м³.
• Плотность сухого воздуха при стандартных условиях составляет 1,293 кг/м³.
• Один из самых тяжёлых газов, гексафторид вольфрама, примерно в 10 раз тяжелее воздуха (12,9 кг/м³ при +20 °C)
• Жидкий водород при атмосферном давлении и температуре −253 °C имеет плотность 70 кг/м³.
• Плотность жидкого гелия при атмосферном давлении равна 130 кг/м³.
• Усреднённая плотность тела человека от 940—990 кг/м³ при полном вдохе, до 1010—1070 кг/м³ при полном выдохе.
• Плотность пресной воды при 4 °C 1000 кг/м³.
• Средняя плотность Солнца в пределах фотосферы около 1410 кг/м³, примерно в 1,4 раза выше плотности воды.
• Гранит имеет плотность 2600 кг/м³.
• Средняя плотность Земли равна 5520 кг/м³.
• Плотность железа равна 7874 кг/м³.
• Плотность металлического урана 19100 кг/м³.
• Плотность золота 19320 кг/м³.
• Самые плотные вещества при стандартных условиях — металлы платиновой группы (рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина). Имеют плотность 21400—22700 кг/м³.
• Плотность атомных ядер приблизительно 2·1017 кг/м³.
• Теоретически верхняя граница плотности по современным физическим представлениям — это планковская плотность 5,1⋅1096 кг/м³.

Что такое плотность?

Если мы поместим алюминиевую плиту (в виде квадрата) с одной стороны шкалы баланса, а с другой, плитки из дерева того же объема, мы увидим, что их массы не совпадают. Алюминиевая плитка будет иметь большую массу. Причины того, что одинаковые объемы алюминия и дерева имеют разные массы, являются их плотностью. Чем больше масса тела (в том же объеме), тело будет иметь более высокую плотность. Плотность пропорциональна массе тела. В нашем эксперименте плотность алюминия выше.

Чтобы показать, насколько плотность зависит от объема тела, мы сообщим следующее: по обеим сторонам весов мы ставим лабораторное стекло. В одном из стаканов мы наливаем воду до отметки 100 мл, а в другой наполним песок, пока обработчик не достигнет нуля, пока мы не получим такую ​​же массу песка и воды.

Мы заметим, что объем песка меньше и может быть прочитан из стекла. Чем меньше объем (при одном и том же весе), плотность будет больше. Плотность обратно пропорциональна объему тела. Тело с меньшим объемом будет иметь более высокую плотность, если их массы одинаковы.

Физический аспект, определяемый по массе и объему, называется плотностью тела (или вещества)

Плотность представляет собой физический размер и обозначается греческой буквой ρ (ro) и представляет собой важное свойство каждого тела или вещества. Плотность показывает, сколько массы определенного вещества находится в единицах объема (1 м3)

Масса 1 м3 золота составляет 19.300 кг, а масса 1 м3 воды — 1000 кг. Плотность равна массе тела, помещенной в 1 м3 объем. Плотность тела получается, когда масса тела делится на его объем:. Единица плотности представляет собой килограмм на кубический метр, и это производная единица. В дополнение к этому устройству используется единица грамма на кубический сантиметр. Связь между этими двумя единицами:. Плотность жидкостей определяется так же, как плотность твердых тел при использовании формулы плотности. По сравнению с твердыми телами, способ измерения массы и объема жидкостей различен. Объем жидкости измеряется градуированным цилиндром. Плотность иногда рассматривается как отношение веса / объема. Это известно как удельный вес. В этом случае единицы измерения составляют Ньютон на кубический метр (Н / м3).

Плотность некоторых пород древесины

Плотность древесины, г/см³

Бальса	0,15	Пихта сибирская	0,39
Секвойя вечнозелёная	0,41	Ель	0,45
Ива	0,46	Ольха	0,49
Осина	0,51	Сосна	0,52
Липа	0,53	Конский каштан	0,56
Каштан съедобный	0,59	Кипарис	0,60
Черёмуха	0,61	Лещина	0,63
Грецкий орех	0,64	Берёза	0,65
Вишня	0,66	Вяз гладкий	0,66
Лиственница	0,66	Клён полевой	0,67
Тиковое дерево	0,67	Бук	0,68
Груша	0,69	Дуб	0,69
Свитения (Махагони)	0,70	Платан	0,70
Жостер (крушина)	0,71	Тис	0,75
Ясень	0,75	Слива	0,80
Сирень	0,80	Боярышник	0,80
Пекан (кария)	0,83	Сандаловое дерево	0,90
Самшит	0,96	Эбеновое дерево	1,08
Квебрахо	1,21	Бакаут	1,28
Пробка	0,20

Определение иных величин

Использование формулы расчета плотности позволяет определять и иные физические величины. Масса, объем, линейные размеры тел, связанные с объемом, с легкостью вычисляются в задачах. Знание математических формул определения площади и объема геометрических фигур применяется в задачах, что позволяет пояснить необходимость изучения математики.

Пример 2

Определите толщину слоя меди, которой покрыта деталь площадью поверхности 500 см2, если известно, что на покрытие израсходовано 5 г меди.

h — ? S = 500 см2, m = 5 г, ρ = 8,92 г/см3.

Анализ

Таблица плотности веществ позволяет определить величину плотности меди.

Воспользуемся формулой расчета плотности. В этой формуле есть объем вещества, исходя из которого можно определить линейные размеры.

Решение

По определению: ρ = m : V, но в этой формуле нет искомой величины, поэтому используем:

V = S х h.

Подставляя в основную формулу, получим: ρ = m : Sh, откуда:

h = m : S х ρ.

Вычислим: h = 5 г : (500 см2 х8,92 г/см3) = 0,0011 см = 11 мкм.

Ответ: толщина слоя меди равна 11 мкм.

Изучение плотности

В соответствии с проблемным методом обучения в начале урока можно задать известную загадку: «Что тяжелее: килограмм пуха или килограмм чугуна?» Разумеется, 11-12-летние ребята с легкостью дают ответ на известный им вопрос. Но обращение к сути вопроса, возможность раскрыть его особенность, приводит к понятию плотности.

Плотность вещества – масса единицы его объема. Таблица плотности веществ, обычно приведенная в учебниках или справочных изданиях, позволяет оценить различия между веществами, также агрегатными состояниями вещества. Указание на различие в физических свойствах твердых тел, жидкостей и газов, рассмотренное ранее, пояснение этого различия не только в строении и взаимном расположении частиц, но и в математическом выражении характеристик вещества, переводит изучение физики на иной уровень.

Закрепить знания о физическом смысле изучаемого понятия позволяет таблица плотности веществ. Ребенок, давая ответ на вопрос: «Что означает величина плотности определенного вещества?», понимает, что это масса 1 см3 (или 1 м3)вещества.

Вопрос о единицах измерения плотности можно поднять уже на этом этапе. Необходимо рассмотреть способы перевода единиц измерения в различных системах отсчета. Это дает возможность избавиться от статичности мышления, принять иные системы исчислений и в других вопросах.

Применение

Физика атмосферы

Поверхностную плотность получают, например, при дистанционном зондировании спектрометром TOMS, с помощью которого получают данные о содержании озона в атмосфере. Данные о столбцовой плотности также получаются в методе дифференциальной оптической спектроскопии поглощения и при использовании микроволновых радиометров.

Похожим понятием является оптическая толщина.

Астрономия

В астрономии колонковая плотность обычно применяется для характеризации количества атомов или молекул, приходящихся на квадратный сантиметр (см2) вдоль луча зрения в заданном направлении, что можно получить при наблюдениях, например, в линии нейтрального водорода (21 см) или при наблюдениях определённых молекул. Также со столбцовой плотностью нейтрального или молекулярного водорода может быть связано межзвёздное поглощение.

Понятие поверхностной плотности может быть полезным при исследовании аккреционных дисков. При наблюдении аккреционного диска плашмя поверхностная плотность в данной части диска определяется как столбцовая плотность: как масса вещества, приходящаяся на единицу поверхности и просуммированная вдоль луча зрения от одной границы среды до другой:

σ=∫ρd⁡z,{\displaystyle \sigma =\int \rho \;\operatorname {d} z,}

где z{\displaystyle z} обозначает вертикальную координату (например, глубину или толщину). Аналогично можно рассматривать количество вещества вдоль луча зрения:

N=∫nd⁡z.{\displaystyle N=\int n\;\operatorname {d} z.}

Устройства хранения данных

Понятие поверхностной плотности можно использовать для количественной оценки и сравнения таких устройств для записи информации, как жёсткие диски, оптические диски, стримеры. Единицей измерения являются гигабиты с квадратного дюйма.

Бумага

Поверхностная плотность часто применяется для описания толщины бумаги. Например, широко распространена бумага с плотностью 80 г/м2.
Вес бумаги обычно указывают в виде массы для единицы площади, в граммах на квадратный метр. Это масса эталонного листа бумаги площадью 1 квадратный метр.
Чтобы не возникало путаницы с плотностью, следует писать, например, 80 г(м2).

Ткань

Вес ткани часто указывают в виде массы для единицы площади, в граммах на квадратный метр или унциях на квадратный ярд. Один грамм на квадратный метр соответствует 0,0295 унции на квадратный ярд.