02-д. Средняя плотность и плавание тел

      § 02-д. Средняя плотность и плавание тел

До сих пор мы рассматривали тела, состоящие только из одного вещества. Теперь проведём опыт, в котором есть тело, состоящее из нескольких веществ. Нам понадобятся сосуды со спиртом, водой и раствором соли; возьмём также куриное яйцо и кубик льда. Опустим их сначала в спирт. И лёд, и яйцо утонут. Переложим тела в воду. Яйцо утонет, а лёд будет плавать. В растворе соли оба тела будут плавать:

Кубик льда и куриное яйцо по-разному ведут себя в разных жидкостях. В спирте тела тонут, в растворе соли – плавают.

Для объяснения результатов опыта воспользуемся числовой прямой. Взгляните: на ней отмечены плотности всех веществ и тел, использованных в опыте. Мы видим, что плотность льда больше плотности спирта, и в нём лёд тонет. Однако плотность льда меньше плотности воды и раствора соли, и в них лёд плавает.

Числовая прямая иллюстрирует, что плотность льда больше плотности спирта, но меньше плотности воды. А плотность яйца больше плотности воды, но меньше плотности раствора соли.

На прямой мы отметили и плотность яйца – около 1050 кг/м³. Это средняя плотность яйца, поскольку оно состоит из нескольких веществ (белка, желтка и скорлупы). Средняя плотность яйца больше плотности воды, но меньше плотности раствора соли. Поэтому в воде яйцо тонет, а в растворе соли – нет.

По результатам опыта мы сформулируем обобщение: если средняя плотность тела больше плотности жидкости, то это тело в ней тонет; если средняя плотность тела меньше плотности жидкости, то это тело в ней всплывает.

Средняя плотность тела вычисляется по той же формуле, что и плотность вещества (см. § 2-в). Но, в отличие от плотности вещества, числовое значение средней плотности тела не показывает массу единицы объёма тела. Например, средняя плотность яйца 1050 кг/м³ или в более удобных единицах – 1,05 г/см³. Однако из этого совсем не следует, что масса каждого 1 см³ яйца будет именно 1,05 г. Это – усреднённое значение.

Красивое явление – айсберг, плавающий в океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстаёт лишь 1/10 часть всего айсберга, а 9/10 скрыто водой? Но если в воде будет плавать бревно, то оно погрузится примерно до половины (см. рисунок). Почему же вода скрывает от нас только половину бревна, а айсберг – почти целиком?

Плавающее в воде полено погружается примерно наполовину, а льдина – на девять десятых своего объёма.

Вспомним, что плотность льда составляет 900 кг/м³, а плотность древесины – около 500 кг/м³ в зависимости от её породы и влажности. Представим эти числа графически – в виде так называемой столбчатой диаграммы (см. ниже).

Диаграмма иллюстрирует, что плотность древесины составляет половину от плотности воды. А плотность льда – девять десятых от неё.

Видим: длина столбика «древесина» составляет половину ( 1/2 часть) от длины столбика «вода». При этом длина столбика «лёд» составляет 9/10 от длины столбика «вода». Иначе говоря, средняя плотность древесины составляет 1/2 , а льда – 9/10 от плотности воды. Именно поэтому в водe погружена половина бревна, а айсберг – почти весь.

Из этих рассуждений можно сформулировать обобщение: внутри жидкости находится такая доля плавающего тела, какую составляет его средняя плотность от плотности жидкости.

Эта закономерность применяется в технике, например для измерения плотности жидкости ареометром. Его рисунок вы видите на странице, открывающей тему. Ареометр – это стеклянный поплавок со шкалой вверху и свинцовой дробью внизу. От объёма корпуса и массы дроби зависит средняя плотность ареометра. В зависимости от плотности окружающей жидкости меняется погружённая доля ареометра. Плотность жидкости мы определяем по её уровню на шкале.

Источник

Поделитесь с другими:

Если материал понравился Вам и оказался для Вас полезным, поделитесь им со своими друзьями!

Читать по теме:

Интересные статьи: