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?

RkJbI7EwUNZSB
Nadmuchane piłki mają gęstość mniejszą od gęstości wody, dlatego nie toną
Źródło: www.pixabay.com, domena publiczna.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
  • że różne przedmioty zrobione są z materiałów (substancji) charakteryzujących się odmiennymi właściwościami;

  • że czasami duże przedmioty łatwo unieść, a małe – trudno.

Twoje cele
  • Wskażesz na przykładach brak związku między objętością i masą przedmiotu.

  • Omówisz, dlaczego niektóre przedmioty unoszą się na wodzie.

  • Wyjaśnisz, czym jest gęstość.

ie2NlTNxCW_d5e139

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.

R1Lsr3AOElfIE
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
Źródło: epodreczniki.pl, licencja: CC BY 3.0.
bg‑gray2
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.

Rt0JEoJPE2Shu
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
Źródło: Wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 3.0.
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?
Doświadczenie 1

Zaobserwowanie, które przedmioty unoszą się na wodzie.

Co będzie potrzebne
  • miska,

  • woda,

  • niewielki kamyk,

  • patyk,

  • korek,

  • plastikowa nakrętka,

  • moneta.

Instrukcja
  1. Nalej wody do miski.

  2. 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 m3. Obliczamy ją, dzieląc masę ciała przez jego objętość.

gęstość=masa ciałaobjętość 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/m3.

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.

R1TDMQ010QfcX
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
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 1

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

RRdu8xiS6y7U3
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Gęstość wybranych substancji

Substancja

Gęstość ( kg/m3)

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 2

Sprawdzenie, czy ciecze różnią się gęstością.

Co będzie potrzebne
  • 2 szklanki,

  • woda,

  • syrop owocowy,

  • olej.

Instrukcja
  1. Napełnij szklankę do połowy wodą.

  2. Do tej samej szklanki nalej powoli odrobinę syropu (najlepiej, by syrop ściekał po ściance szklanki). Co obserwujesz?

  3. Następnie do tej samej szklanki nalej trochę oleju. Co się dzieje?

  4. Do drugiej szklanki nalej odrobinę oleju.

  5. 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.

R1NTlbO7n9k5X
Olej i woda różnią się gęstością. Ciecz o większej gęstości zawsze opadnie na dno
Źródło: epodreczniki.pl, licencja: CC BY 3.0.

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.

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.

  • 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.

bg‑azure

Praca domowa

1
Polecenie 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. Zaobserwuj zmiany.

ie2NlTNxCW_d5e463

Słownik

gęstość
gęstość

właściwość substancji, która określa ilość masy zawartej w jednostce objętości

masa
masa

ilość materii zawartej w ciele fizycznym, jest wartością stałą (nie zmienia się w zależności od położenia w polu grawitacyjnym)

objętość ciała
objętość ciała

wielkość przestrzeni zajmowanej przez ciało

ie2NlTNxCW_d5e505

Zadania

1
Pokaż ćwiczenia:
11
Ćwiczenie 1
RZ8qCRxeYH6nO1
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. 1 Możliwe odpowiedzi: 1. wiaderko z kamykami, 2. wiaderko z wodą, 3. wiaderko z chrupkami kukurydzianymi 2 Możliwe odpowiedzi: 1. wiaderko z kamykami, 2. wiaderko z wodą, 3. wiaderko z chrupkami kukurydzianymi 3 Możliwe odpowiedzi: 1. wiaderko z kamykami, 2. wiaderko z wodą, 3. wiaderko z chrupkami kukurydzianymi
Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.
2
Ćwiczenie 2
R1HVwQfUU4L2v1
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? Możliwe odpowiedzi: 1. Na powierzchni oleju znajduje się warstwa wody., 2. Na powierzchni wody znajduje się warstwa oleju., 3. Woda i olej wymieszały się.
Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.
3
Ćwiczenie 3
RIie54Y29Cq3x1
Uzupełnij tekst. Gęstość aluminium wynosi 2,7 g/cm3, co oznacza, że kawałek tego metalu o objętości 1 centymetra sześciennego ma masę Tu uzupełnij. Aby mieć kawałek aluminium o objętości 2 cm3, należy odważyć Tu uzupełnij. Gęstość cukru wynosi 1,59 g/cm3. Porcja cukru o objętości 5 cm3(łyżeczka) będzie miała masę Tu uzupełnij niż porcja aluminium o takiej samej objętości. Bryła cukru o masie 500 g zajmie Tu uzupełnij objętość niż kawałek aluminium o takiej samej masie.
Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.
3
Ćwiczenie 4
R1aPmIeTJhAcP1
Kostka wykonana z żelaza ma objętość 10 cm3. Po zważeniu okazało się, że kostka waży 79 g. Oblicz gęstość żelaza. Wybierz poprawny wynik. Możliwe odpowiedzi: 1. 0,79 g/cm3, 2. 7,9 g/cm3, 3. 39,5 g/cm3
Źródło: ZPE, licencja: CC BY 3.0.
ie2NlTNxCW_d5e505
bg‑azure

Notatnik

Ru3RPNzoANV7j
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.