Będąc nad rzeką, możesz zauważyć, że na powierzchni wody unoszą się liście, patyki, a czasami nawet spore gałęzie. Liście pływają, ponieważ są lekkie. Ale dlaczego nie tonie duży i ciężki pień drzewa? Ma to związek z inną zagadką: Jak to się dzieje, że ogromna piłka plażowa jest lżejsza niż na przykład kubek do herbaty? Co to w ogóle znaczy, że coś jest ciężkie?

R13l3zuJMRZI31

Na ilustracji przedstawiono fragment basenu. Na powierzchni wody unoszą się dwie dmuchane, czerwono-białe piłki. — Nadmuchane piłki mają gęstość mniejszą od gęstości wody, dlatego nie toną

Już wiesz

że różne przedmioty zrobione są z materiałów (substancji) charakteryzujących się odmiennymi właściwościami;
że czasami duże przedmioty łatwo unieść, a małe – trudno.

Nauczysz się

wskazywać na przykładach brak związku między objętością i masą przedmiotu;
wyjaśniać, dlaczego niektóre przedmioty unoszą się na wodzie;
wyjaśniać, co to jest gęstość.

ie2NlTNxCW_d5e139

1. Co to znaczy cięższe?

Często zastanawiamy się, co jest ciężkie, a co lekkie. Najprościej ocenić to za pomocą wagi. W ten sposób możemy odmierzyć określoną ilość substancji – a więc określić masę. Aby ją wyznaczyć, musimy zważyć przedmiot. Podstawową jednostką masy jest kilogram oznaczany symbolem kg. Powszechnie stosuje się także gramy, dekagramy i – w wypadku dużych ciężarów – tony.

W zależności od tego, co trzeba zważyć, jak dużą ma to masę i jak dokładnych pomiarów potrzebujemy, używa się różnych wag

RIa2G5EHp5uCS1

Waga szalkowa — Wagę szalkową stosuje się do mierzenia masy różnych produktów, np. towarów w sklepie. Jej odmianą jest waga laboratoryjna, która mierzy z dokładnością nawet do ułamków grama. Na jednej szalce kładzie się przedmiot, a na drugą dokłada się odważniki o określonej masie. Kiedy szalki pozostają w równowadze, oznacza to, że masa odważników jest taka sama, jak masa przedmiotu

R1PRFY5jGosHx1

Waga elektroniczna mierzy siłę, z jaką naciska przedmiot znajdujący się na niej i na tej podstawie wyznacza jego masę

R1GDgo80THXk01

2 Zdjęcia przedstawiające ważenie za pomocą wagi szalkowej. Na pierwszym na jednej szalce odważniki. Na drugim zdjęciu nadwóch szalkach odważniki oraz jabłka. Szalski są w równowadze. — Ważenie za pomocą tradycyjnej wagi szalkowej. Masę owoców i warzyw określa się, porównując ją z masą odważników ustawionych na drugiej szalce. Jeśli obie masy będą jednakowe, to szalki będą w równowadze. Owoce zajmują dużo miejsca, ale odważniki mają o wiele większą gęstość

Ciekawostka

W Międzynarodowym Biurze Miar w Sèvres koło Paryża jest przechowywany międzynarodowy wzorzec masy wykonany pod koniec XIX wieku. Na jego podstawie wyznaczono wzorce, które są przechowywane w innych krajach.

R1Qj8rWIIzB2a1

Na fotografii znajduje się zamknięty w szklanej obudowie wzorzec kilograma, który ma postać walca ze stopu platyny i irydu. — Wzorzec kilograma ma postać walca ze stopu platyny i irydu o średnicy i wysokości 39 mm. Jest on starannie zabezpieczony przed oddziaływaniem czynników zewnętrznych. Gdyby tych zabezpieczeń nie było, między wzorcem a otoczeniem mogłyby zajść procesy chemiczne, w wyniku których masa wzorca zmieniłaby się

Często się zdarza, że im coś jest większe, tym ma większą masę. Mała torebka jest lżejsza od siatki z zakupami. Ale są sytuacje odwrotne: gdy mały przedmiot jest cięższy niż duży. Kowadło trudniej podnieść niż dużą poduszkę. Czasem też jest tak, że dwa przedmioty tej samej wielkości mają różne masy. Jak można to wytłumaczyć?

ie2NlTNxCW_d5e190

2. Gęstość

Każde ciało zajmuje określoną przestrzeń – a więc określoną objętość. Im większa jest objętość przedmiotu, tym więcej miejsca on zajmuje. Czy dwa przedmioty tej samej wielkości mają taką samą masę?

To, czy przedmiot pływa, czy tonie w wodzie, zależy od jego gęstościgęstośćgęstości. Pływają te przedmioty, których gęstość jest mniejsza od gęstości wody. Kamień i patyk różnią się gęstością. Patyk ma gęstość mniejszą od gęstości wody – dlatego utrzymuje się na jej powierzchni.

Zastanówmy się jeszcze, dlaczego wielkie oceaniczne statki nie toną, mimo że są wykonane ze stali. Otóż mają one ogromną objętość. Ich głównym składnikiem jest stal, ale znaleźć w nich można także wiele innych materiałów, zaś puste przestrzenie wypełnia powietrze. Nawet gdy statki są załadowane, to nie toną, a jedynie bardziej zanurzają się w wodzie.

Co pływa, a co tonie?

Obserwacja 1

Zaobserwowanie, które przedmioty unoszą się na wodzie.

Co będzie potrzebne

miska,
woda,
niewielki kamyk,
patyk,
korek,
plastikowa nakrętka,
moneta.

Instrukcja

Nalej wody do miski.
Wrzuć do wody kolejno przygotowane przedmioty. Obserwuj, co się dzieje.

Podsumowanie

O unoszeniu się na wodzie nie decydują małe wymiary przedmiotu, lecz to, czy jego gęstość jest mniejsza od gęstości wody.

Ważne!

Gęstość substancji informuje nas, jaką masę ma jednostka objętości tej substancji, np. 1 $m^{3}$ . Obliczamy ją, dzieląc masę ciała przez jego objętość.

gęstość = \frac{masa ciała}{objętość ciała}

Gęstość wyznaczamy w kilogramach na metr sześcienny (kg/mIndeks górny 3), kilogramach na decymetr sześcienny (kg/dmIndeks górny 3) lub gramach na centymetr sześcienny (g/cmIndeks górny 3). Zapisujemy to na przyklad 1000 $kg / m^{3}$ .

Gęstość ciała zależy od jego struktury (masy drobin oraz ich ułożenia). Dwa przedmioty o tej samej masie, które wykonano z substancji różniących się gęstością, będą miały inną objętość. Jeżeli z tych substancji wykonamy przedmioty o takiej samej objętości – to będą różniły się masą.

RvEpGZpmHiX3v1

Na ilustracji znajduje się kostka, która złożona jest z 1000 małych sześcianów o boku 1 cm. — Kostka zbudowana z substancji o gęstości 1000 g na decymetr sześcienny. Jeden centymetr sześcienny takiej substancji waży 1 gram. Tysiąc takich małych kostek tworzy dobrze znaną miarę objętości – litr. Z kolei 1000 litrów to metr sześcienny

Polecenie 1

Wyjaśnij, dlaczego ciała stałe różnią się gęstością. Zastanów się, jak mogą być zbudowane substancje mające małą gęstość, a jak te, których gęstość jest duża.

Gęstość wybranych substancji
Substancja	Gęstość ( ${kg / m}^{3}$ )
benzyna	700
oliwa	920
woda	1000
grafit	2300‑2720
żelazo	7875
złoto	19282
glin (aluminium)	2720
drewno dębowe	600–900
stal	7500–7900
marmur	2670
szkło	2400–2800

ie2NlTNxCW_d5e314

3. Dlaczego oliwa na wierzch wypływa?

Znasz powiedzenie: „Oliwa zawsze na wierzch wypływa”? Istotnie tak jest. Dlaczego tak się dzieje? Ciała stałe mają różną gęstość, może tak samo jest w przypadku cieczy?

Gęstość cieczy

Doświadczenie 1

Sprawdzenie, czy ciecze różnią się gęstością.

Co będzie potrzebne

2 szklanki,
woda,
syrop owocowy,
olej.

Instrukcja

Napełnij szklankę do połowy wodą.
Do tej samej szklanki nalej powoli odrobinę syropu (najlepiej, by syrop ściekał po ściance szklanki). Co obserwujesz?
Następnie do tej samej szklanki nalej trochę oleju. Co się dzieje?
Do drugiej szklanki nalej odrobinę oleju.
Do szklanki z olejem nalej teraz wody. Co tym razem obserwujesz?

Podsumowanie

Syrop, olej i woda tworzą oddzielne warstwy. Ciecz, która ma mniejszą gęstość, wypływa na powierzchnię. Ta o większej gęstości opada na dno.

R15LLojj47BD91

Dwa zdjęcia: Na pierwszym – do szklanki z wodą wlewany jest olej. Na drugiej widać, jak olej tworzy oddzielną warstwę. — Olej i woda różnią się gęstością. Ciecz o większej gęstości zawsze opadnie na dno

Woda i oliwa są cieczami, które nie mieszają się ze sobą. Jednak to woda ma większą gęstość niż oliwa, dlatego opada na dno, a oliwa zawsze wypłynie na powierzchnię.

R1AosrlpXemXp1

Ilustracja przedstawia trzy wagi elektroniczne. Na każdej z nich znajduje się po 1 kilogramie substancji o różnej gęstości. Na pierwszej wadze są gwoździe, na drugiej plastikowe klocki, a na trzeciej pierze. — Jednakowej wielkości przedmioty zrobione z odmiennych materiałów różnią się masą (każdy z tych materiałów ma inną gęstość)

R1DWbZWq2ya211

Ilustracja przedstawia trzy wagi elektroniczne. Na każdej z nich znajduje się klocek o takiej samej wielkości, ale wykonany z innej substancji. Na pierwszej wadze jest klocek ołowiany, który waży 11 kg, na drugiej drewniany ważący 7 kg, a na trzeciej plastikowy o wadze 9 kg. — Kilogramowe porcje materiałów wykonanych z odmiennych substancji zajmują różne objętości, gdyż każdy z tych materiałów ma inną gęstość

RxHZrZuF6Ka3o1

Na ilustracji widać statuetkę jelenia. Statuetka została postawiona na kartkach papieru. — Figurki służące jako przyciski do papieru wykonane są najczęściej z brązu lub szkła, ponieważ powinny być ciężkie. Figurka z drewna jest pięciokrotnie lżejsza niż figurka mosiężna tej samej wielkości. Gęstość brązu wynosi ok. 7,5 g/cm3 a gęstość drewna ok. 1,5 g/cm3

Rkl3I2YF1WAQu1

Na ilustracji są dwie skrzynie. Pierwsza wykonana jest z drewna, a druga z plastiku. — Przedmioty z tworzyw sztucznych z powodzeniem zastępują te z robione z drewna czy metalu m.in. dlatego, że są lżejsze

ie2NlTNxCW_d5e407

Podsumowanie

Każda substancja ma określoną gęstość.
Gęstość to stosunek masy ciała do jego objętości.
Na wodzie unoszą się te przedmioty, których gęstość jest mniejsza od gęstości wody, a toną te, których gęstość jest większa od gęstości wody.

Praca domowa

Polecenie 2.1

Weź kawałek plasteliny i wrzuć do wody. Następnie z tego samego kawałka ulep łódkę i postaw na wodzie. Jak wytłumaczysz zaobserwowane różnice? Spróbuj obciążyć łódkę ładunkiem, np. grochem.

ie2NlTNxCW_d5e463

Słowniczek

gęstość

właściwość substancji, która określa ilość masy zawartej w jednostce objętości

ie2NlTNxCW_d5e505

Zadania

Ćwiczenie 1

R1OX7tPrRwsf61

Kasia miała na podwórku trzy wiaderka takiej samej wielkości. Jedno było wypełnione wodą, drugie kamykami, a trzecie chrupkami kukurydzianymi. Ustaw wiaderka w kolejności od najcięższego do najlżejszego.

wiaderko z chrupkami kukurydzianymi, wiaderko z wodą, wiaderko z kamykami

1
2
3

Źródło: licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 2

R1SU6DgYuZufx1

Przygotowując ciasto, piekarz wlał do szklanki wodę i olej rzepakowy i pozostawił szklankę z płynami na pewien czas. Olej ma mniejszą gęstość od wody. Które zdanie opisuje położenie płynów po kilku minutach?

Na powierzchni oleju znajduje się warstwa wody.
Na powierzchni wody znajduje się warstwa oleju.
Woda i olej wymieszały się.

Źródło: licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 3

RR4fZpYGkNick1

Uzupełnij tekst.

Gęstość aluminium wynosi $2,7 g / {cm}^{3}$ , co oznacza, że kawałek tego metalu o objętości 1 centymetra sześciennego ma masę ............. Aby mieć kawałek aluminium o objętości ${2 cm}^{3}$ , należy odważyć ............. Gęstość cukru wynosi $1,59 g / {cm}^{3}$ . Porcja cukru o objętości ${5 cm}^{3}$ (łyżeczka) będzie miała masę .................. niż porcja aluminium o takiej samej objętości. Bryła cukru o masie $500 g$ zajmie .................. objętość niż kawałek aluminium o takiej samej masie.

Źródło: licencja: CC BY 3.0.

Ćwiczenie 4

R4nRCjMrQMY7r1

Kostka wykonana z żelaza ma objętość ${10 cm}^{3}$ . Po zważeniu okazało się, że kostka waży $79 g$ . Oblicz gęstość żelaza. Wybierz poprawny wynik.

$0,79 g / {cm}^{3}$
$7,9 g / {cm}^{3}$
$39,5 g / {cm}^{3}$

Źródło: licencja: CC BY 3.0.

Przemiany substancji

Przemieszczamy ciężkie przedmioty

Mniejsze nie zawsze jest lżejsze!

1. Co to znaczy cięższe?

2. Gęstość

3. Dlaczego oliwa na wierzch wypływa?

Podsumowanie

Słowniczek

Zadania