Mniejsze nie zawsze jest lżejsze!
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?
że różne przedmioty zrobione są z materiałów (substancji) charakteryzujących się odmiennymi właściwościami;
że czasami duże przedmioty łatwo unieść, a małe – trudno.
Wskażesz na przykładach brak związku między objętością i masą przedmiotu.
Omówisz, dlaczego niektóre przedmioty unoszą się na wodzie.
Wyjaśnisz, czym jest gęstość.
1. Co to znaczy cięższe?
Aby stwierdzić co jest lżejsze, a co ciężkie, należy za pomocą wagi zważyć określoną ilość substancji - a więc określić jej masę. 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.
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.
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 gęstościgęstości. 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.
Zaobserwowanie, które przedmioty unoszą się na wodzie.
miska,
woda,
niewielki kamyk,
patyk,
korek,
plastikowa nakrętka,
moneta.
Nalej wody do miski.
Wrzuć do wody kolejno przygotowane przedmioty. Obserwuj, co się dzieje.
O unoszeniu się na wodzie nie decydują małe wymiary przedmiotu, lecz to, czy jego gęstość jest mniejsza od gęstości wody.
Gęstość substancji informuje nas, jaką masę ma jednostka objętości tej substancji, np. 1 . Obliczamy ją, dzieląc masę ciała przez jego objętość.
Gęstość wyznaczamy w kilogramach na metr sześcienny (kg/mIndeks górny 33), kilogramach na decymetr sześcienny (kg/dmIndeks górny 33) lub gramach na centymetr sześcienny (g/cmIndeks górny 33). Zapisujemy to na przyklad 1000 .
Gęstość ciała zależy od jego struktury (masy cząsteczek 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.
Wyjaśnij, dlaczego ciała stałe różnią się gęstością. Wskaż jak mogą być zbudowane substancje mające małą gęstość, a jak te, których gęstość jest duża.
Substancja | Gęstość ( ) |
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 |
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?
Sprawdzenie, czy ciecze różnią się gęstością.
2 szklanki,
woda,
syrop owocowy,
olej.
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?
Syrop, olej i woda tworzą oddzielne warstwy. Ciecz, która ma mniejszą gęstość, wypływa na powierzchnię. Ta o większej gęstości opada 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.
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.
Przedmioty o tej samej objętości, ale wykonane z różnych substancji, mają różne masy.
Im większa objętość danej substancji w stałym lub ciekłym stanie skupienia, tym większa jest jej masa.
Praca domowa
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. Zaobserwuj zmiany.
Słownik
właściwość substancji, która określa ilość masy zawartej w jednostce objętości
ilość materii zawartej w ciele fizycznym, jest wartością stałą (nie zmienia się w zależności od położenia w polu grawitacyjnym)
wielkość przestrzeni zajmowanej przez ciało
Zadania
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 wodą, wiaderko z kamykami, wiaderko z chrupkami kukurydzianymi
| 1 | |
| 2 | |
| 3 |
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.
Uzupełnij tekst.
Gęstość aluminium wynosi , co oznacza, że kawałek tego metalu o objętości 1 centymetra sześciennego ma masę ............. Aby mieć kawałek aluminium o objętości , należy odważyć ............. Gęstość cukru wynosi . Porcja cukru o objętości (łyżeczka) będzie miała masę .................. niż porcja aluminium o takiej samej objętości. Bryła cukru o masie zajmie .................. objętość niż kawałek aluminium o takiej samej masie.
Kostka wykonana z żelaza ma objętość . Po zważeniu okazało się, że kostka waży . Oblicz gęstość żelaza. Wybierz poprawny wynik.