Logo Media Nauka

Facebook

Gęstość

Dwie kulki o takiej samej średnicy, jedna z żelaza, a druga z drewna, mają różne masy. Materia w kulce z żelaza wydaje się być bardziej upakowana w tej samej objętości. Mówimy, że żelazo ma większą gęstość niż drewno.

Wielkość fizyczna, która określa ilość masy zawartej w jednostce objętości to tak zwana gęstość, gęstość masy lub inaczej masa właściwa.

\rho = \frac{m}{V}

gdzie:

  • ρ - gęstość
  • m - masa
  • V - objętość

Jednostką gęstości jest kg/m3.

Inne stosowane jednostki gęstości to 1g/cm3 = 1000 kg/m3, 1g/dm3 = 1 kg/m3, 1 g/ml.

Od czego zależy gęstość?

Gęstość zależy od rodzaju ciała, od temperatury tego ciała oraz warunków zewnętrznych, w jakich znajduje się ciało fizyczne, w tym temperatura i ciśnienie.

Im więcej materii upakowanej jest w danej objętości, tym większa jest gęstość ciała. Stąd różne substancje lub pierwiastki chemiczne charakteryzuje różna gęstość.

Jeżeli podgrzejemy ciało fizyczne, jego objętość nieco wzroście (rozszerzalność termiczna). Masa nie ulega zmianie, więc automatycznie maleje gęstość takiego ciała. Powyższe w szczególności dotyczy gazów (zmiany gęstości są znaczne w porównaniu z ciałami stałymi i cieczami).

Jak zmierzyć gęstość ciała?

Aby zmierzyć gęstość ciała wystarczy je zważyć i zmierzyć jego objętość. Gdy ciało ma kształt kuli lub prostopadłościanu, nie jest to trudne. Co zrobić, gdy ciało ma nieregularny kształt? Możemy pójść za Archimedesem i zanurzyć ciało w wodzie. Wyparta część wody będzie równa objętości zanurzonego ciała!

Gęstość wody

Woda nie zwiększa swojej objętości wraz ze wzrostem temperatury w całym obszarze występowania w stanie ciekłym, lecz przyjmuje wartość minimalną dla 3,9834 °C, a tym samym gęstość wody w tej temperaturze jest największa. W temperaturach niższych objętość wody zwiększa się wraz ze spadkiem temperatury. Jest to istotna anomalia. Większość substancji chemicznych tak się nie zachowuje. Za zjawisko to odpowiada kształt cząsteczek wody oraz silne wiązania wodorowe, które nadają wodzie względnie dużą gęstość. W obszarze anomalnym wiązania te są niszczone, zwiększając nieuporządkowanie wśród cząsteczek, a co za tym idzie, zwiększając również objętość cieczy. To dlatego lód pływa po powierzchni wody, rozsadza naczynia i skały, niszczy nawierzchnię dróg, a co najważniejsze w wodzie może dzięki temu funkcjonować życie.

Oto jak zmienia się gęstość wody wraz z temperaturą.

Temperatura
°C
Gęstość
kg/m3
-30 983,9
-20 993,5
-10 998,8
0 999,84
4 (3,9834) 1000
5 999,97
10 999,70
15 999,10
20 998,21
30 995,65
40 992,22
50 988,03
60 983,22
70 977,78
80 971,82
90 965,35
100 958,40

 

Tablica gęstości ciał

Oto gęstości wybranych substancji.

Gęstości gazów

Substancja Gęstość
kg/m3
wodór 0,0823
hel 0,164
metan 0,657
azot 1,146
powietrze 1,185
tlen 1,309
dwutlenek węgla 1,811
chlor 2,950
radon 9,078

Gęstości skroplonych gazów

Substancja Gęstość
kg/m3
wodór 71
hel 126
metan 422
azot 808
powietrze 960
tlen 1141

Gęstości cieczy

Substancja Gęstość
kg/m3
woda (4°C) 1000
benzyna 720
olej słonecznikowy 922
mleko 1030
ciężka woda 1104,4
gliceryna 1258,2
rtęć 13534

Gęstości wybranych substancji stałych

Substancja Gęstość
kg/m3
styropian 15-30
korek 220-350
drewno lipowe 320-730
drewno sosnowe 370-700
mąka 400-500
lit 532
drewno mahoniowe 510-600
drewno dębowe 690-1080
żyto 700-750
ziemniaki 700-750
potas 860
polipropylen 900
lód (0°C) 916
sód 970
stearyna 1000
smoła 1020
papier 600-1200
ciało człowieka 1050
pleksi 1190
drewno hebanowe 1110-1330
piasek (suchy) 1400-1800
PCW 1420
cukier (sacharoza) 1590
magnez 1740
beton 1800-2300
siarka 2070
sól kamienna 2170
teflon 2200
grafit 2270
gips 2300-2400
szkło, szyba okienna 2400-2700
marmur 2600-2800
kwarc 2648
diament 3510
tytan 4500
biała cyna 7280
stal 7800
żelazo 7870
mosiądz 8200-8950
brąz 7500-9100
kobalt 8900
miedź 8950
srebro 10490
ołów 11340
uran 19050
wolfram 19270
złoto 19280
pluton 19860
iryd 22610

Gęstości w skali kosmicznej

Obiekt Gęstość
kg/m3
Przestrzeń międzygalaktyczna 10-27
Przestrzeń międzyplanetarna 10-21
jądro Ziemi 13090
wnętrze Słońca 148000
jądro atomu 1017
gwiazda neutronowa 6·1018

 

Dla zaawansowanych

Poziom zaawansowany

Powyższy wzór to uśredniona gęstość lub gęstość ciał jednorodnych. W rzeczywistości gęstość ośrodków zmienia się. W zasadzie gęstość możemy wyznaczyć poprzez znalezienie pochodnej masy po objętości:

\rho = \frac{dm}{dV}

Masę możemy uzyskać obliczając odpowiednią całkę oznaczoną:

m={\smashmargin2{\int\nolimits_0}^V}\rho dV

Pytania

Czy gęstość i ciężar właściwy to to samo?

Nie. Ciężar właściwy jest to stosunek ciężaru Q do objętości V, a nie masy do objętości.

Jaki jest ciężar właściwy moczu?

Zakres referencyjny gęstości moczu wynosi 1,015-1,030 g/ml.

Czy gęstość ma coś wspólnego z pływaniem ciał?

Tak. Ciało o mniejszej gęstości pływa po substancji o większej gęstości. Dlatego drewno sosny będzie pływać po rzece, a drewno hebanowe nie (heban ma większą gęstość niż woda). Z tego samego powodu góra lodowa pływa po powierzchni morza a żeliwne kowadło nie tonie w rtęci!


Ćwiczenia
ikona - ćwiczenia


Wykonaj ćwiczenia związane z tym tematem

© medianauka.pl, 2020-07-29, ART-3921

 








Polecamy w naszym sklepie

Fizyka wokół nas
POZA ZIEMIĘ HISTORIA LOTÓW MIĘDZYPLANETARNYCH
Astronomia ogólna
laboratorium w szufladzie Fizyka
Fizyka w rysunkach
Niektóre treści nie są dostosowane do Twojego profilu. Jeżeli jesteś pełnoletni możesz wyrazić zgodę na przetwarzanie swoich danych osobowych. W ten sposób będziesz miał także wpływ na rozwój naszego serwisu.
© ® Media Nauka 2008-2020 r.