Rola gęstości substancji i ich mieszanin w życiu codziennym
Niektóre przedmioty codziennego użytku, np. styropianowy kubek do kawy czy aluminiowe felgi, określamy potocznie jako lekkie, a inne, np. biżuterię ze złota czy osłaniające pacjenta przed promieniowaniem fartuchy, które zawierają ołów – jako ciężkie. Mimo że jeden kilogram każdej substancji ma tę samą masę, to jednak może mieć różną objętość. Substancje różnią się więc gęstością. Dlaczego tak się dzieje? Czy większą gęstość ma ciało, które przy tej samej objętości ma większą masę, czy ciało, które przy tej samej masie zajmuje większą objętość?
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
definicję substancji;
cechy substancji nazywane właściwościami fizycznymi;
znaczenie pojęcia: właściwości chemiczne;
sposoby badania oraz opisywania właściwości fizycznych i chemicznych substancji;
znaczenie pojęć: masa, objętość, gęstość.
Nauczysz się
opisywać, w jaki sposób można wyznaczyć objętość gazów, cieczy oraz ciał stałych;
wykonywać obliczenia dotyczące pojęć: masa, gęstość,objętość;
wskazywać związek pomiędzy gęstością a pływaniem przedmiotów w wodzie;
projektować i przeprowadzać doświadczenia pozwalające na zbadanie zachowania się względem siebie roztworów o różnych gęstościach.
m1fd73e065fee3267_d5e216
1. Co to jest masa?
Jedną z konkurencji, rozgrywanych podczas zawodów siłaczy, jest podniesienie z podłoża kamiennej lub betonowej kuli (o masie ) i umieszczenie jej w jak najkrótszym czasie na podeście. Czy wykonane ze styropianu kule, o porównywalnej objętości, mają podobną masę? Czym właściwie jest masa?
R1Ch2dPNhkJ2U
Materia to wszystko, co nas otacza – ma masę i określoną objętość.
MasamasaMasa to miara ilości materii, wyznaczana za pomocą wagi. Jednostką masy w układzie jest kilogram (). Wzorcem kilograma do maja był walec wykonany ze stopu platyny (stanowiącej masy walca) i irydu (stanowiącego masy walca), przechowywany w Międzynarodowym Biurze Wag i Miar w Sѐvres pod Paryżem. Obecnie do wyznaczania kilograma stosuje się obliczenia, które wykorzystują odpowiednie wzory oraz stałe fizyczne, wynikające z praw natury. Metoda ta jest dosyć skomplikowana, ale bardziej dokładna niż wzorzec z Sѐvres.
RT5ovkT6Czhjk
(fr. Système international d'unités – czytaj: sistem internacional diuniti) – Międzynarodowy Układ Jednostek Miar to układ jednostek fizycznych – takich jak np. metr, kilogram, sekunda – oraz ich wielokrotności, określonych przy użyciu przedrostków.
Wybrane przedrostki w układzie
Przedrostek
Znaczenie
Symbol
Wartość
nano-
mikro-
mili-
centy-
decy-
kilo-
Ciekawostka
Czy ciężar i masa oznaczają to samo? Ciało o określonej masie – w zależności od siły grawitacji i miejsca pomiaru – może mieć różny ciężar. Dla przykładu: na Księżycu siła grawitacji jest mniejsza niż na Ziemi, dlatego astronauta ma mniejszy ciężar na Księżycu (masa ciała astronauty jest taka sama na Księżycu i na Ziemi). Jednostką ciężaru (siły ciężkości) jest niuton ().
R1WfzGqOzuhUv
m1fd73e065fee3267_d5e276
2. Co oznacza objętość?
ObjętośćobjętośćObjętość jest wielkością, która określa, jak wiele miejsca w przestrzeni zajmuje dane ciało. Jednostką objętości w układzie jest metr sześcienny (). W życiu codziennym najczęściej stosujemy mniejszą jednostkę – litr (). Sposoby określania objętości substancji zależą od jej stanu skupienia.
W jaki sposób wyznacza się objętość cieczy?
Objętość cieczy odmierza się, używając naczyń z podziałką. W laboratorium do tego celu służą cylindry miarowe i pipety, a stosowanymi najczęściej jednostkami są decymetr sześcienny () oraz centymetr sześcienny (). W poniższej galerii zdjęć przedstawiono szkło laboratoryjne, służące do odmierzania dokładnej objętości cieczy.
R1F9PDSuSrNoC
RchI5KqlUNDti
RpwRnQjdc2S6P
R1SqhUhwLdnyR
W domu możemy korzystać ze szklanek lub łyżek. Poniżej podano przykładowe, przybliżone przeliczniki objętości.
Jednostki objętości
Objętość naczynia
Objętość w – zamiana na
Objętość w – zamiana na
Objętość w
szklanki
szklanka
łyżka
łyżeczka
W jaki sposób wyznacza się objętość gazów?
Objętość gazów zależy od rozmiaru ich „opakowania”, ponieważ gazy wypełniają całą dostępną dla nich przestrzeń. Na przykład podczas picia wody z butelki, powietrze zajmuje miejsce po wodzie. A zatem taka pusta litrowa butelka zawiera powietrza.
W jaki sposób wyznacza się objętość ciał stałych o regularnych kształtach?
Objętości ciał stałych o regularnych kształtach można obliczyć, znając ich wymiary. Przykładowo, objętość sześcianu obliczamy, korzystając ze wzoru: (gdzie a to długość krawędzi sześcianu), a prostopadłościanu – wg wzoru: (gdzie a, b i c to długości krawędzi prostopadłościanu).
W jaki sposób wyznacza się objętość ciał stałych o nieregularnych kształtach?
Objętość ciała stałego o nieregularnym kształcie można wyznaczyć, zanurzając ten przedmiot w cylindrze z wodą. Jest to różnica pomiędzy objętością końcową (po zanurzeniu przedmiotu) a objętością początkową wody w cylindrze.
Polecenie 1
Przygotuj wodę i cylinder miarowy o pojemności minimum . Następnie do cylindra miarowego wlej wody i wykonaj poniższe polecenia.
Zwróć uwagę na to, czy woda wypełnia równomiernie przestrzeń w cylindrze, i czy powierzchnia cieczy w pobliżu ścianek zakrzywia się w górę, czy w dół. Napisz odpowiedni komentarz.
R14YjwXfeH6h0
Odczytaj objętość wody w cylindrze, patrząc pod różnymi kątami, i napisz, czy odczyt każdorazowo jest taki sam.
R1MiV4AOxFEfl
Zastanów się, który z poniższych schematów (A czy B) lepiej odzwierciedla ułożenie powierzchni wody w przygotowanym przez Ciebie cylindrze.
RQiSiVQ4H0Yxs
Odczytaj objętość wody w cylindrze, patrząc na powierzchnię wody z trzech różnych poziomów, jak na poniższym schemacie.
RwsA3VDd8Pjse
Polecenie 1
Zapoznaj się z poniższym opisem doświadczenia. Następnie zastanów się, dlaczego tak się dzieje?
Co było potrzebne:
cylinder miarowy o pojemności minimum ;
wody.
Przebieg doświadczenia:
Do przygotowanego cylindra miarowego przelano wody. Kolejnym krokiem był odczyt objętości, wykorzystując podziałkę na powierzchni cylindra. Odczyt wykonano z trzech wysokości: ponad poziomem wody, na poziomie wody i pod poziomem wody.
Obserwacje:
Woda znajdująca się wewnątrz naczynia zakrzywia się ku górze przy wewnętrznych ściankach cylindra, przybierając kształt wklęsły.
Odczyt objętości cieczy wykonywany z różnych poziomów wysokości różnił się wartością. Z poziomu wody objętość odczytywana wynosiła , odczyt z niższego poziomu objętość wynosiła więcej niż , z kolei z wyższego mniej niż .
R1FbW4DxmhNo1
Podczas pomiaru objętości cieczy powinniśmy zwrócić uwagę na dwa zagadnienia: menisk oraz błąd paralaksy.
MeniskiemmeniskMeniskiem nazywamy miejsce zakrzywienia (przylegania) powierzchni cieczy w miejscu jej zetknięcia z ciałem stałym (w przypadku polecenia z cylindrem miarowym). Wyróżnia się menisk wklęsły (który udało Ci się zaobserwować podczas pomiaru objętości wody) i wypukły (np. w przypadku rtęci) – w zależności od wartości sił przylegania między cząsteczkami cieczy a ściankami naczynia oraz sił oddziaływania między cząsteczkami cieczy.
R16mfktYhPdML
ParalaksąparalaksaParalaksą nazywamy zjawisko błędnego odczytu wskazania przyrządu pomiarowego. Przyczyną jest nieodpowiedni kąt, pod jakim osoba patrzy. Linia wzroku, przechodząc przez element wskazujący, np. słupek cieczy w cylindrze miarowym, obejmuje w niewłaściwym miejscu znajdującą się za tym elementem skalę odczytu. Różnica pomiędzy odczytem rzeczywistym a wartością odczytu poprawnego jest nazywana błędem paralaksy.
R11hxud475Uo2
m1fd73e065fee3267_d5e397
3. Czym jest gęstość?
GęstośćgęstośćGęstość to stosunek określonej masy substancji do zajmowanej przez nią objętości. Jest to właściwość fizyczna, charakterystyczna dla danej substancji.
Zazwyczaj największą gęstość mają ciała stałe, mniejszą ciecze, a najmniejszą gazy.
Gęstość danej substancji o stałym stanie skupienia wyznacza się modelowo, wykonując z niej kostkę sześcienną o krawędzi (czyt. jednego metra), a następnie ważąc ją. Masa takiej kostki, wyrażona w kilogramach, jest równa liczbowo gęstości substancji (ale ma inną jednostkę).
1
Polecenie 2
Na poniższym zdjęciu zestawiono piłkę do gry w siatkówkę oraz kulę do gry w kręgle. Zwróć uwagę, że kule te mają podobne rozmiary. Zastanów się i odpowiedz na pytanie, czy kule te mają również podobne masy. Odpowiedź krótko uzasadnij w oparciu o budowę wewnętrzną tych przedmiotów.
RSGRxrOfDDbXe
Zestawiono ze sobą piłkę do gry w siatkówkę oraz kulę do gry w kręgle. Kule te miały podobne rozmiary. Zastanów się i odpowiedz na pytanie, czy mają one również podobne masy. Odpowiedź krótko uzasadnij w oparciu o budowę wewnętrzną tych przedmiotów.
RoCiDj3rPBQFz
W dostępnych źródłach wiedzy odszukaj informacje na temat materiałów, z jakich tworzy się piłki do gry w siatkówkę i kule do kręgli.
Czy w Twojej odpowiedzi zawarte są poniższe informacje?
Piłka do siatkówki i kula do gry w kręgle są tej samej wielkości. Jednak kula do kręgli ma większą masę. Różnica w masach analizowanych przedmiotów wynika z ich budowy wewnętrznej. Kula do kręgli jest wykonana z plastiku, który zawiera wiele ściśle upakowanych cząstek materii.
Zewnętrzną, stosunkową cienką część piłki siatkowej stanowi najczęściej skóra i znajdujący się pod nią tak zwany pęcherz (który może być wykonany z lateksu). Największą część (objętość) piłki siatkowej stanowi jednak powietrze zawierające stosunkowo niewiele cząstek materii, które są bardziej od siebie oddalone niż cząstki tworzące materiał kuli do kręgli. W uproszczeniu można powiedzieć, że materiał, z którego wykonana jest kula do kręgli jest bardziej zbity niż materiał, z którego wykonana jest piłka do gry w siatkówkę.
RwpHkkKthGNwp
m1fd73e065fee3267_d5e443
W jaki sposób oblicza się gęstość?
GęstośćgęstośćGęstość () to stosunek masy () substancji do objętości (), jaką ta masa zajmuje. Wyraża się ją wzorem:
Gęstość ciał stałych i cieczy podaje się najczęściej w , a gęstość gazów – w . Chemicy zwykle oznaczają gęstość symbolem (od ang. density, czyt. densiti), fizycy zaś grecką literą (ro).
Gęstość substancji zależy od:
temperatury – na ogół maleje ze wzrostem jej wartości;
ciśnienia – w przypadku gazów, ponieważ wpływ ciśnienia na ciecze i ciała stałe jest na tyle niewielki, że je pomijamy.
RqGuxU8j7Fnmh
1
Polecenie 3
Oblicz gęstość pewnej cieczy, wiedząc, że tej cieczy ma masę . Wynik wyraź w (gramach na centymetr sześcienny). Następnie przeanalizuj zamieszczony w odpowiedzi film i zweryfikuj poprawność swojego rozwiązania.
RVQ3tGOMBH9EI
R117GzAl2oHSN
Pamiętaj, że gęstość to stosunek masy substancji do zajmowanej przez nią objętości. Zwróć uwagę na jednostki.
Przeanalizuj poniższy film i sprawdź, czy udało Ci się poprawnie rozwiązać zadanie.
R1McFy9Fp26lm
1
Polecenie 4
Gęstość pewnego materiału wynosi . Oblicz masę wykonanej z tego materiału sześciennej kostki o krawędziach długości . Wynik podaj w gramach. Następnie przeanalizuj zamieszczoną w odpowiedzi analizę wykonania zadania. Zweryfikuj poprawność swojego rozwiązania.
RNs7O2LSqHIUv
RAzm7dUp1eOdb
Przekształć wzór, który pozwala na obliczenie gęstości substancji, w taki sposób, aby można było z niego obliczyć masę tej substancji. Zwróć uwagę na jednostki.
Dane i szukane:
Dane i szukane:
Dane:
– gęstość materiału, z którego wykonano sześcienną kostkę
– długość krawędzi sześciennej kostki
Szukane:
Obliczanie objętości kostki:
Obliczanie objętości kostki:
Aby obliczyć masę kostki, należy najpierw obliczyć jej objętość. Wzór na objętość sześcianu o krawędzi długości a ma postać:
Podstawiając daną z zadania:
– objętość kostki
W dalszej części rozwiązania, masę kostki można obliczyć na dwa sposoby.
Obliczanie masy kostki – sposób :
Obliczanie masy kostki – sposób :
Obliczanie masy kostki, z wykorzystaniem wzoru wyrażającego gęstość substancji:
po przekształceniu:
Podstawiając dane z zadania:
Obliczanie masy kostki – sposób :
Obliczanie masy kostki – sposób :
Obliczanie masy kostki z wykorzystaniem proporcji.
Znając gęstość materiału, z którego wykonana jest kostka, możemy stwierdzić, że tego materiału ma masę .
Odpowiedź:
Odpowiedź:
Masa kostki jest równa .
Wyznaczanie gęstości wody w temperaturze pokojowej
Wyznaczanie gęstości wody w temperaturze pokojowej.
Wyznaczanie gęstości wody w temperaturze pokojowej.
RlR5uuUZVcQdZ
R10NohDAo2sp7
R1SI6j75R8Dbj
RTXlgMtHQ5Y8G
R1b6RoeI4EtNU
RhOZXLemKAoJ7
R16Cgst1gyL5J
Rw6OcfXw0HyWC
1
Polecenie 5
Oblicz masę jednego litra wody.
RMYdjOb42UyCA
R1J32Z5Xjs9Ti
Przyjmij, że gęstość wody wynosi .
Masa litra wody to ().
Gęstość substancji porównujemy często do gęstości wody, mówiąc, że jest ona mniejsza lub większa od gęstości wody. Substancje stałe o gęstości mniejszej od gęstości wody unoszą się na jej powierzchni lub są w niej częściowo zanurzone.
RqpKbFjQf7qR5
Jeśli gęstość substancji stałej jest większa od gęstości wody, to wtedy ciało wykonane z tej substancji tonie. W przypadku, kiedy gęstość wody i substancji stałej jest taka sama – substancja ta jest w wodzie całkowicie zanurzona.
Doświadczenie 1
Sprawdź, w jaki sposób zachowują się względem siebie ciecze o różnej gęstości. W tym celu wykonaj doświadczenie .
Postępuj zgodnie z załączoną instrukcją. Wybierz hipotezę. Zapisz obserwacje i wnioski. Jeśli nie masz możliwości samodzielnego wykonania doświadczenia, obejrzyj zamieszczony w podpowiedzi film.
R10zUWdVxT3KJ
Sprawdzono, w jaki sposób zachowują się względem siebie ciecze o różnej gęstości. W tym celu wykonano doświadczenie .
Problem badawczy:
Jak zachowują się względem siebie roztwory o różnej gęstości?
Hipoteza:
Roztwory o większej gęstości opadają na dno.
Co było potrzebne:
sól kamienna (kuchenna);
ciepła woda;
bagietka lub łyżeczka do mieszania;
łyżeczka lub miarka;
barwniki spożywcze lub farbki (w sześciu różnych kolorach);
przezroczysta słomka;
sześć zlewek o pojemności lub sześć wysokich szklanek.
Przebieg doświadczenia:
Do sześciu zlewek (szklanek lub plastikowych kubków) dodano odpowiednio od jednej do sześciu łyżeczek (lub miarek) soli kamiennej (do pierwszego naczynia wprowadzono jedną łyżeczkę soli, do drugiego dwie, do trzeciego trzy itd.). Następnie do każdego z tych naczyń wlano po około (pół szklanki) ciepłej wody i wymieszano, aż do całkowitego rozpuszczenia soli. Rozpuszczono barwniki w wodzie tak, że w każdym naczyniu uzyskano inny kolor roztworu. Następnie wzięto słomkę i, zatykając i odtykając jeden z jej końców, zanurzono kolejno drugi jej koniec w kolorowych roztworach o różnych stężeniach soli.
Obserwacje:
Wewnątrz słomki umieszczono sześć warstw roztworów o różnych kolorach. Górną warstwę stanowił roztwór uzyskany przez rozpuszczenie jednej łyżeczki soli kamiennej w wodzie. W dolnej zaś znajdował się roztwór uzyskany przez rozpuszczenie sześciu łyżeczek soli kamiennej w wodzie.
Wnioski:
W doświadczeniu, do tej samej objętości wody dodano różne ilości soli kamiennej, otrzymując roztwory o różnej gęstości. Im więcej soli rozpuszczono w wodzie, tym gęstość uzyskanego roztworu była większa. Roztwór o największej gęstości stanowił dolną warstwę w słomce, a roztwór o najmniejszej gęstości – górną warstwę. Można więc wnioskować, że roztwory o mniejszej gęstości unoszą się na powierzchni roztworów o większej gęstości.
Jeśli nie masz możliwości samodzielnego wykonania doświadczenia zapoznaj się z poniższym materiałem filmowym, który obrazuje jego przebieg.
R1Or5c5RoilyW
1
Polecenie 6
Rj4GmbD3Oauca
Formułując wniosek, zastanów się, jaką gęstość miały roztwory wprowadzane kolejno do słomki.
Czy w zapisanych przez Ciebie obserwacjach i wnioskach znajdują się poniższe informacje? Czy w Twoim wniosku znajduje się odniesienie do postawionej hipotezy?
Obserwacje:
Wewnątrz słomki umieszczono sześć warstw roztworów o różnych kolorach. Górną warstwę stanowił roztwór, uzyskany przez rozpuszczenie jednej łyżeczki soli kamiennej w wodzie. W dolnej zaś znajdował się roztwór, uzyskany przez rozpuszczenie sześciu łyżeczek soli kamiennej w wodzie.
Wnioski:
W doświadczeniu, do tej samej objętości wody dodano różne ilości soli kamiennej, otrzymując roztwory o różnej gęstości. Im więcej soli rozpuszczono w wodzie, tym gęstość uzyskanego roztworu była większa. Roztwór o największej gęstości stanowił dolną warstwę w słomce, a roztwór o najmniejszej gęstości – górną warstwę. Można więc wnioskować, że roztwory o mniejszej gęstości unoszą się na powierzchni roztworów o większej gęstości.
RPE7ZroPX5MjK
Dla zainteresowanych
Wykonaj ponownie doświadczenie , używając tym razem cukru buraczanego (sacharozy) zamiast soli kamiennej. Jak myślisz, czy przebieg obydwu doświadczeń będzie identyczny?
Do szklanki wlej powoli po ściance: miód, wodę zabarwioną niebieskim atramentem, olej i denaturat. Zrób zdjęcie, a następnie określ, która z cieczy ma najmniejszą, a która największą gęstość. Korzystając z dowolnego programu graficznego, zaznacz na zdjęciu strzałką wzrost gęstości cieczy.
1
Polecenie 7
Zastanów się i odpowiedz na pytanie, jak będą wyglądały obserwacje do doświadczenia , jeśli zanurzysz słomkę w roztworach w odwrotnej kolejności.
R1P42MBWXI5A2
Aby poprawnie udzielić odpowiedzi, możesz ponownie wykonać doświadczenie , zmieniając kolejność wprowadzania roztworów do słomki.
Czy w Twojej odpowiedzi zostały uwzględnione poniższe informacje?
Jeśli będziemy nabierali roztwory do słomki w odwrotnej kolejności (najpierw roztwór uzyskany po rozpuszczeniu sześciu łyżeczek soli kamiennej w wodzie, a na końcu roztwór uzyskany po rozpuszczeniu jednej łyżeczki soli w wodzie), to nie otrzymamy w słomce sześciu różnokolorowych warstw, lecz jednobarwny (prawdopodobnie brązowy) roztwór – roztwory użyte w doświadczeniu od razu się ze sobą wymieszają.
Doświadczenie 2
Porównaj gęstość dwóch napojów – jednego typu cola classic i drugiego typu cola light.
W tym celu wykonaj doświadczenie .
Postępuj zgodnie z załączoną instrukcją. Zapisz niezbędne obliczenia, obserwacje i wnioski. Jeśli masz taką możliwość, wyniki doświadczenia przedstaw na forum klasy i porównaj z wynikami Twoich koleżanek i kolegów.
R8gOl842ki1tr
Problem badawczy: W jaki sposób możemy porównać gęstość napojów?
W doświadczeniu zweryfikowano dwie hipotezy.
Hipoteza : Znając masę i objętość, można obliczyć gęstość każdego napoju.
Hipoteza : Umieszczając puszki z napojem w pojemniku z wodą, można porównać gęstość napojów.
Co było potrzebne:
puszka napoju typu cola classic;
puszka napoju typu cola light;
akwarium lub wysokie naczynie;
woda;
waga;
cylinder miarowy (opcjonalnie).
Przebieg doświadczenia:
Część : Puszki z napojami classic i light zanurzono w naczyniu napełnionym wodą.
Część : Zważono puszki z napojami typu cola classic i light (pamiętając, że aby otrzymać masę napoju, od odczytanej z wagi masy napoju w puszce należy odjąć masę pustej puszki). Sprawdzono objętość napoju podaną na puszce i obliczono gęstość każdego z napojów.
Obserwacje: Puszki obydwu analizowanych napojów toną w wodzie. Gęstości obydwu napojów różnią się między sobą, ale jednocześnie obydwa badane napoje mają gęstość nieco większą od gęstości wody.
Wnioski: Można zatem wnioskować, że w celu dokładnego porównania gęstości dwóch napojów, należy dokonać odpowiednich obliczeń i porównać liczbowe wartości ich gęstości.
Uwaga: W obliczeniach i wnioskach nie uwzględniono wpływu aluminiowych puszek na tonięcie obydwu napojów (z puszkami). Przedmiot (w naszym przypadku puszka z napojem) tonie w wodzie, jeśli jego średnia gęstość jest większa od gęstości wody. W średniej gęstości badanych przedmiotów należy uwzględnić w każdym przypadku zarówno gęstość samego napoju, jak i gęstość puszki. Ponieważ puszki wykonane są z tego samego materiału, mają taką samą gęstość. Można zatem przyjąć, że na tonięcie każdego z przedmiotów, będzie miała wpływ gęstość napojów, a gęstość puszek pominąć.
1
Polecenie 8
RpJOeDArSeByJ
W obliczeniach wykorzystaj wzór, który pozwala na obliczenie gęstości roztworu: (gdzie – masa napoju, – objętość napoju).
Przyjmij, że gęstość wody wynosi .
Swoje obserwacje i wnioski sformułuj w oparciu o poniższe wytyczne.
A. W zapisanych przez Ciebie obserwacjach i wnioskach powinna znaleźć się informacja o stopniu zanurzenia puszki, z każdym z badanych napojów, w wodzie. Pamiętaj, że:
jeśli gęstość napoju , to przedmiot (puszka z napojem) pływa w wodzie;
jeśli gęstość napoju , to przedmiot (puszka z napojem) tonie w wodzie.
B. Porównaj wyniki doświadczenia uzyskane w i jego części.
C. Pamiętaj, aby odnieść się do postawionej w doświadczeniu hipotezy.
Poniżej znajdują się obliczenia, obserwacje i wnioski dla losowo wybranych napojów typu cola. Porównaj je ze swoją notatką.
Obliczenia:
Badana puszka napoju typu cola light, razem z napojem ma masę . Pusta puszka tego napoju ma masę około . Objętość napoju w puszce (odczytana z etykiety) wynosi . Zatem:
Badana puszka napoju typu cola classic, razem z napojem ma masę . Pusta puszka tego napoju ma masę około . Objętość napoju w puszce (odczytana z etykiety) wynosi . Zatem:
Obserwacje i wnioski: Puszki obydwu analizowanych napojów toną w wodzie. Gęstości obydwu napojów różnią się między sobą, ale jednocześnie obydwa badane napoje mają gęstość nieco większą od gęstości wody. Można zatem wnioskować, że w celu dokładnego porównania gęstości dwóch napojów, należy dokonać odpowiednich obliczeń i porównać liczbowe wartości ich gęstości.
Uwaga: W obliczeniach i wnioskach nie uwzględniono wpływu aluminiowych puszek na tonięcie obydwu napojów (z puszkami). Przedmiot (w naszym przypadku puszka z napojem) tonie w wodzie, jeśli jego średnia gęstość jest większa od gęstości wody. W średniej gęstości badanych przedmiotów należy uwzględnić w każdym przypadku zarówno gęstość samego napoju, jak i gęstość puszki. Ponieważ puszki wykonane są z tego samego materiału, mają taką samą gęstość. Można zatem przyjąć, że na tonięcie każdego z przedmiotów, będzie miała wpływ gęstość napojów, a gęstość puszek pominąć.
1
Polecenie 8
Puszka napoju typu cola light, razem z napojem ma masę . Pusta puszka tego napoju ma masę okolo . Natomiast puszka napoju typu cola classic, razem z napojem ma masę , a pusta puszka tego napoju ma masę około . Objętość napoju w obu puszkach (odczytana z etykiety) wynosi . Oblicz gęstość obu napojów.
R1dgSlme1Dana
Skorzystaj ze wzoru:
Badana puszka napoju typu cola light, razem z napojem ma masę . Pusta puszka tego napoju ma masę około . Objętość napoju w puszce (odczytana z etykiety) wynosi . Zatem:
Badana puszka napoju typu cola classic, razem z napojem ma masę . Pusta puszka tego napoju ma masę około . Objętość napoju w puszce (odczytana z etykiety) wynosi . Zatem:
Doświadczenie 3
Sprawdź, co ma większą gęstość – lód czy woda (w ciekłym stanie skupienia).
W tym celu wykonaj doświadczenie .
Postępuj zgodnie z załączoną instrukcją. Zapisz niezbędne obliczenia i wnioski.
Rsfc5W6PdHVOC
Problem badawczy:
Co ma większą gęstość: lód (ciało stałe) czy woda (ciecz)?
Hipoteza:
Lód (ciało stałe) ma gęstość mniejszą od wody (cieczy).
Co było potrzebne:
sześcienna kostka lodu;
woda (ciekła);
linijka;
cylinder miarowy;
zlewka;
waga.
Przebieg doświadczenia:
Część – wyznaczanie gęstości lodu
Zmierzono linijką bok kostki lodu i obliczono jej objętość. Następnie kostkę lodu zważono i obliczono jej gęstość.
Część – wyznaczanie gęstości wody (ciekłej)
Za pomocą cylindra miarowego odmierzono określoną objętość wody. Następnie zważono odmierzoną objętość wody (pamiętając, że w obliczeniach należy uwzględnić masę wody bez masy naczynia, w którym była ważona). Obliczono gęstość wody.
Wnioski: W oparciu o odpowiednie pomiary i obliczenia stwierdzono, że gęstość lodu jest mniejsza od gęstości wody destylowanej (w ciekłym stanie skupienia).
1
Polecenie 9
Rv7SC3bHa35Oi
W obliczeniach wykorzystaj wzory:
wzór pozwalający na obliczenie objętości sześcianu:
– długość krawędzi sześcianu);
wzór pozwalający na obliczenie gęstości substancji:
(gdzie – masa substancji, – objętość substancji).
Czy w zapisanych przez Ciebie wnioskach znajduje się odniesienie do postawionej hipotezy?
Niezależnie od rozmiarów kostki lodu, użytej w doświadczeniu, i objętości wykorzystanej wody, w Twoich obserwacjach i wnioskach powinna znaleźć się informacja, że woda (ciekła) ma większą gęstość niż lód.
Poniżej znajdują się obliczenia, obserwacje i wnioski dla przykładowo zbadanych próbek lodu oraz ciekłej wody destylowanej.
Obliczenia:
Analizowano sześcienną kostkę lodu o długości krawędzi .
Analizowano próbkę wody destylowanej o objętości .
Obserwacje i wnioski: W oparciu o odpowiednie pomiary i obliczenia stwierdzono, że gęstość lodu jest mniejsza od gęstości wody destylowanej (w ciekłym stanie skupienia).
1
Polecenie 9
Wykonaj obliczenia dla przykładowo zbadanych próbek. Oblicz gęstość sześciennej kostki lodu o długości krawędzi i masie oraz gęstość próbki wody destylowanej o objętości i masie .
W obliczeniach wykorzystaj wzory:
wzór pozwalający na obliczenie objętości sześcianu:
(gdzie – długość krawędzi sześcianu);
wzór pozwalający na obliczenie gęstości substancji:
(gdzie – masa substancji, – objętość substancji).
R1dgSlme1Dana
Skorzystaj ze wzoru:
Obliczenia gęstości kostki lodu:
Obliczenia gęstości próbki wody destylowanej:
Zazwyczaj największą gęstość mają ciała stałe, mniejszą ciecze, a najmniejszą gazy. Inaczej jest w przypadku lodu, którego gęstość jest mniejsza od gęstości wody. Dlatego kostki lodu wrzucone do napoju albo kra na jeziorze unoszą się na powierzchni wody. Przeprowadzone doświadczenie pozwala również wyciągnąć jeszcze jeden wniosek – ponieważ stan skupienia substancji zależy od temperatury, to również gęstość będzie zależała od temperatury. Na ogół maleje ona wraz ze wzrostem temperatury.
Ciekawostka
W poniższej galerii zawarto przykłady zjawisk i czynności, podczas których wykorzystujemy pojęcie gęstość. To słowo ma wiele znaczeń i nie zawsze dotyczy gęstości definiowanej jako stosunek masy do objętości substancji.
R1eGd6Nx3epIt
R3TBcltFJbIP5
R1BcQ7UpvhJvy
m1fd73e065fee3267_d5e770
Podsumowanie
Jedną z właściwości fizycznych substancji jest gęstość.
Gęstość to wielkość charakteryzująca substancję równa ilorazowi masy i objętości danej substancji.
Jednostką gęstości w układzie jest . Inne często stosowane jednostki gęstości to i ).
Gęstość substancji zależy od temperatury – na ogół maleje ze wzrostem temperatury.
Największą gęstością charakteryzują się zazwyczaj ciała stałe, mniejszą ciecze, a najmniejszą gazy.
Substancje stałe, o gęstości mniejszej od gęstości wody, swobodnie w niej pływają lub unoszą się na jej powierzchni, a substancje stałe, o gęstości większej od gęstości wody, toną.
Praca domowa
1
Polecenie 10.1
Na podstawie danych zawartych w poniższej tabeli
Nazwa metalu
Temperatura topnienia
Gęstość (wyznaczona w temperaturze )
cynk
złoto
żelazo
sód
miedź
Indeks dolny Źródło: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2004. Indeks dolny koniecŹródło: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2004.
oraz wiedząc, że gęstość wody wynosi , wykonaj poniższe polecenia.
A. Napisz nazwę metalu, którego gęstość jest większa od gęstości cynku, ale mniejsza od gęstości miedzi.
ReVNvHUah7pz0
B. Napisz nazwę metalu, który będzie pływał po powierzchni wody.
R17MbLqo3aSjO
C. Oceń, czy dla wymienionych metali prawdą jest, że im metal ma większą gęstość, tym jego temperatura topnienia jest wyższa.
R8kaIjKUjbMzs
D. Oblicz masę kostki o objętości , która została wykonana z żelaza. Wynik podaj w gramach.
RaU6m9FEZylds
RtqrHc2rKPhgX
E. Próbka jednego z metali wymienionych w tabeli ma masę oraz zajmuje objętość . W oparciu o odpowiednie obliczenia określ, o którym metalu mowa – napisz jego nazwę.
RrPgbXPEOtssa
Rozwiązując zadania obliczeniowe, zwróć uwagę na jednostki. Pamiętaj, że .
Aby poprawnie wskazać metal, o którym mowa w treści podpunktu E, należy obliczyć gęstość tego metalu, a następnie odszukać uzyskaną wartość gęstości w tabeli.
A. Metalem tym jest żelazo. B. Metalem tym jest sód. C. Gęstość wymieniony metali rośnie w szeregu: sód, cynk, żelazo, miedź, złoto. Z kolei ich temperatura topnienia rośnie w szeregu: sód, cynk, złoto, miedź, żelazo. Nie możemy zatem wyciągnąć jednoznacznego wniosku, że wraz ze wzrostem gęstości metali, rosną ich temperatury topnienia. D. Masa opisanej kostki wynosi . E. Wyliczona w zadaniu gęstość ma wartość . Opisanym metalem jest zatem cynk.
m1fd73e065fee3267_d5e884
Słownik
masa
masa
miara ilości substancji; w układzie (Międzynarodowy Układ Jednostek Miar) określa się ją w kilogramach ()
objętość
objętość
miara przestrzeni, jaką zajmuje dane ciało; w układzie (Międzynarodowy Układ Jednostek Miar) określa się ją w metrach sześciennych ()
gęstość
gęstość
właściwość fizyczna, określająca stosunek masy pewnej ilości substancji do zajmowanej przez tę substancję objętości; można ją zapisać za pomocą wzoru (gdzie – masa substancji, – objętość substancji); podstawową jednostką gęstości w układzie jest
menisk
menisk
(gr. mēnískos „półksiężyc”) zakrzywienie powierzchni cieczy (np. wody) w miejscu jej zetknięcia z ciałem stałym (np. szkłem cylindra miarowego); dla naczyń szklanych wyróżnia się menisk wklęsły (np. w przypadku wody) lub wypukły (np. w przypadku rtęci)
paralaksa
paralaksa
zjawisko błędnego odczytu wskazania przyrządu pomiarowego; związane jest z możliwością odczytywania wskazań przyrządu przez obserwatora pod różnym kątem
m1fd73e065fee3267_d5e957
Ćwiczenia
Pokaż ćwiczenia:
1
Ćwiczenie 1
R1Avk1R8E0N7Q
Łączenie par. Oceń, czy podane stwierdzenia są prawdziwe, czy fałszywe.. Gęstość danego ciała przy stałej masie jest tym większa, im większa jest jego objętość.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Masa jest tym większa, im większe jest ciało (ma większą objętość) i im większa jest jego gęstość.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Gęstość danego ciała przy stałej objętości jest tym większa, im większa jest jego masa.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Zazwyczaj największą gęstość mają ciała stałe, mniejszą ciecze, a najmniejszą gazy.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Łączenie par. Oceń, czy podane stwierdzenia są prawdziwe, czy fałszywe.. Gęstość danego ciała przy stałej masie jest tym większa, im większa jest jego objętość.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Masa jest tym większa, im większe jest ciało (ma większą objętość) i im większa jest jego gęstość.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Gęstość danego ciała przy stałej objętości jest tym większa, im większa jest jego masa.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Zazwyczaj największą gęstość mają ciała stałe, mniejszą ciecze, a najmniejszą gazy.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Zaznacz w odpowiednich polach obok podanych zdań, czy zdania te są prawdziwe czy fałszywe.
Prawda
Fałsz
Gęstość danego ciała przy stałej masie jest tym większa, im większa jego objętość.
□
□
Masa jest tym większa, im większe jest ciało (ma większą objętość) i im większa jest jego gęstość.
□
□
Gęstość danego ciała przy stałej objętości jest tym większa, im większa jego masa.
□
□
Zazwyczaj największe gęstości mają ciała stałe, mniejszą – ciecze, a najmniejszą – gazy.
□
□
Źródło: Małgorzata Bartoszewicz, Agnieszka Kamińska-Ostęp, licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 2
RVaczMYcqgo33
1
Ćwiczenie 3
Uczniowie wyznaczyli wartości liczbowe gęstości wybranych substancji, które zebrano w tabeli.
Tabela do zadania
Substancja
Gęstość
tlen
woda
lód
aluminium (glin)
złoto
RYZEbZl4t7Ipv
2
Ćwiczenie 4
RtCt6cPv8sPgh
21
Ćwiczenie 5
Gęstość pewnego materiału wynosi . Oblicz masę kostki (w gramach), wykonanej z tego materiału o krawędziach długości .
R9Tcu2ouZc71N
RaBWoWayxXjy1
Aby poprawnie rozwiązać zadanie, przekształć odpowiednio wzór, który pozwala na obliczenie gęstości lub skorzystaj z proporcji. Zwróć uwagę na jednostki.
Czy udało Ci się poprawnie rozwiązać zadanie? Czy pamiętałaś/pamiętałeś o odpowiednich jednostkach?
Dane:
Szukane:
Rozwiązanie:
Obliczamy objętość kostki.
Masę kostki możemy obliczyć na dwa sposoby.
Sposób – przekształcamy wzór pozwalający na obliczenie gęstości.
Sposób – korzystamy z proporcji.
Gęstość materiału, z którego wykonano kostkę, wynosi . Oznacza to, że tego materiału ma masę . W związku z tym masa analizowanego materiału będzie wynosiła x.
Odpowiedź:
Masa rozpatrywanej kostki jest równa .
2
Ćwiczenie 6
R1Q0rLdpzbMDS
2
Ćwiczenie 7
RIGKShtaMcikD
3
Ćwiczenie 8
Uczeń wykonał następujące doświadczenie: przygotował sześć wodnych roztworów o różnej gęstości i zabarwieniu. Następnie roztwory te wprowadzał kolejno do wąskiej plastikowej rurki. Efekt końcowy doświadczenia zilustrowano poniżej.
RQ07mcVlOFOmE
Uczeń wykonał następujące doświadczenie: przygotował sześć wodnych roztworów o różnej gęstości i zabarwieniu. Następnie roztwory te wprowadzał kolejno do wąskiej plastikowej rurki. W efekcie końcowym otrzymano przezroczystą rurkę wypełnioną sześcioma roztworami w kolorach, od góry: czerwonym, jasnoróżowym, niebieskim, pomarańczowym, zielonym i jasnobrązowym. Na zdjęciu podpisano trzy roztwory. Od góry: do roztworu w kolorze czerwonym skierowana jest strzałka z podpisem: roztwór pierwszy; do roztworu w kolorze niebieskim biegnie środkowa strzałka z napisem roztwór drugi; do roztworu w kolorze pomarańczowym biegnie strzałka od napisu roztwór trzeci.
RH8okBXr5c5wW
3
Ćwiczenie 9
R1IYAErI7noNV
Glossary
density
density
R1TfC8Ih8ZOZC
gęstość
volume
volume
RdKXK4yw3gTAU
objętość
gaseous
gaseous
R1YOHOFR6zMmz
gazowy
liquid
liquid
RYTbtumWyoQWT
ciekły
solid
solid
R16V14H6vHBA6
stały
cubic meter
cubic meter
R1aCQPLAffBYE
metr sześcienny
mixture
mixture
RipRLL1FPsqY7
mieszanina
Bibliografia
Encyklopedia PWN.
Gulińska H., Smolińska J., Ciekawa chemia, cz. 1, Warszawa 2009.