Формула масса жидкости: Архимедова сила — урок. Физика, 7 класс.

alexxlab | 23.06.2023 | 0 | Разное

Определение массы и плотности жидкостей

Определение массы жидкостей, кроме непосредственного взвешивании. – с известной погрешностью можно производить объемным методом — с помощью пипеток, бюреток, мерных цилиндров, колб, мензурок и т. п. по формуле:

m = Vp

где m — масса жидкости, г; V — ее объем, см3; р—плотность жидкости, г/см3.

Плотность жидкостей и растворов находят по справочным таблицам или определяют самостоятельно. В лабораторной практике наибольшее распространение получили два метода определения плотности: 1) определение степени погружения денсиметра з жидкость; 2) взвешивание жидкости в сосуде известного объема.

При определении плотности с помощью денсиметр а последний погружают в цилиндр с жидкостью, термостатированной при определенной температуре, обычно при 20 или 15 °С. (рис. 25).

Для измерения температуры жидкости используют термометр с ценой деления не менее 0,5°С: неточность в измерении температуры в 1°С дает ошибку в значении плотности до 0,1%.

Шкала денсиметров проградупрозана непосредственно в единицах плотности. Значение плотности жидкости считывают по делению шкалы, находящемуся на одном уровне с мениском жидкости.

Рис. 21. Определение плотности жидкости с помощью денсиметра.

Цена деления таких денсиметров 0,001 г/см3, а весь набор охватывает интервал плотностей от 0,700 до 1,840 г/см3. Иногда удобнее пользоваться приборами, шкала которых проградуирована в единицах концентрации для растворов определенных веществ. Такие приборы принято называть ареометрами.

В тех случаях, когда количество жидкости, находящейся в распоряжении экспериментатора, слишком мало, ее плотность определяют посредством пикнометров— небольших (от 1 до 100 мл) мерных колб.

На каждый находящийся в работе пикнометр должен быть нанесен номер титановым карандашом и заведена индивидуальная карточка, в которую закосят его точную массу (взвешивают чистый сухой пикнометр вместе с пробкой на аналитических весах) и значение «водной константы».

Водная константа — эта масса воды в объеме пикнометра, приведенная к массе воды при 4 °С (температура, при которой плотность воды равна 1 г/см3).

С целью определения водной константы нового пикнометра его тщательно моют и заполняют предварительно прокипяченной (для удаления растворенного воздуха) дистиллированной водой немного выше метки.

Наполненный пикнометр выдерживают в течение 20 мин в водяном термостате при 20°С, после чего с помощью капилляра или тонких полосок фильтровальной бумаги отбирают лишнюю воду, доводя ее уровень в шейке пикнометра до метки по нижнему краю мениска. Верхнюю часть шейки пикнометра и шлиф протирают досуха кусочком фильтровальной бумаги, закрывают пикнометр пробкой, тщательно вытирают его снаружи, обсушивают 20—25 мин, после чего взвешивают на аналитических весах. Вычитая из массы пикнометра с водой массу сухого пикнометра получают массу воды в объеме пикнометра при 20 °С. Частное от деления полученного значения на 0,99823 г (масса 1 мл воды при 20 °С) и есть водная константа пикнометра.

При определении плотности какой-либо жидкости проделывают тс же операции, что и при определении водной константы. Для вычисления относительной плотности вещества d массу жидкости в объеме данного пикнометра делят на величину его водной константы

К оглавлению

 

 

см. также

• Правила работы с весами
• Определение массы и плотности жидкостей

Архимедова сила — закон, формула, определение

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

109.3K

Легенду об открытии закона Архимеда многие знают с детства. Но на уроках физики в 7 классе этой историей не отделаешься: надо еще знать, как действует архимедова сила, в чем измеряется и как ее вычислить.

Сила: что это за величина

Прежде чем говорить о силе Архимеда, нужно понять, что это вообще такое — сила.

В повседневной жизни мы часто видим, как физические тела деформируются (меняют форму или размер), ускоряются и тормозят, падают. В общем, чего только с ними не происходит! Причина любых действий или взаимодействий тел — ее величество сила.

Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел. Сила измеряется в ньютонах — единице измерения, которую назвали в честь Исаака Ньютона.

Поскольку сила — величина векторная, у нее, помимо модуля, есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В этом случае результат выражается в направлении движения.

Полезные подарки для родителей

В колесе фортуны — гарантированные призы, которые помогут наладить учебный процесс и выстроить отношения с ребёнком!

Открытие закона Архимеда

Так вышло, что закон Архимеда известен не столько своей формулировкой, сколько историей возникновения.

Легенда гласит, что царь Герон II попросил Архимеда определить, из чистого ли золота сделана его корона, при этом не причиняя вреда самой короне. То есть расплавить корону или растворить — нельзя.

Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно ведь определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита.

Рассчитать плотность металла, чтобы установить, золотая ли корона, можно по формуле плотности.

Формула плотности тела ρ = m/V ρ — плотность тела [кг/м3] m — масса тела [кг] V — объем тела [м3]

Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. Тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему.

Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый закричал «Эврика!» и побежал докладывать о своей победе в царский дворец (и так торопился, что даже не оделся). 🤦🏻‍♂️

Попробуйте онлайн-курс подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в Skysmart!

Формула и определение силы Архимеда для жидкости

На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, действуют силы давления. Эти силы увеличиваются с глубиной погружения, и на нижнюю часть тела будет действовать со стороны жидкости большая сила, чем на верхнюю.

Равнодействующая всех сил давления, действующих на поверхность тела со стороны жидкости, называется выталкивающей силой или силой Архимеда. Истинная причина появления выталкивающей силы — наличие различного гидростатического давления в разных точках жидкости.

Определение архимедовой силы для жидкостей звучит так:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна по модулю весу вытесненной жидкости и противоположно ему направлена.

Формула архимедовой силы для жидкости FАрх = ρжgVпогр ρж — плотность жидкости[кг/м3] Vпогр — объем погруженной части тела [м3] g — ускорение свободного падения [м/с2] На планете Земля g = 9,8 м/с 2.

А теперь давайте порешаем задачки, чтобы закрепить, как вычислить архимедову силу.

Задача 1

В сосуд погружены три железных шарика равных объемов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? Плотность жидкости вследствие ничтожно малой сжимаемости на любой глубине считать примерно одинаковой.

Решение

Да, так как объемы одинаковы, а архимедова сила зависит от объема погруженной части тела, а не от глубины.

Задача 2

На графике показана зависимость модуля силы Архимеда F_Арх, действующей на медленно погружаемый в жидкость кубик, от глубины погружения x. Длина ребра кубика равна 10 см, его нижнее основание все время параллельно поверхности жидкости. Определите плотность жидкости. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с

2.

Решение

Сила Архимеда, действующая на кубик, равна F_Арх = ρ_жgV_погр.

V_погр. — объем погруженной части кубика,

ρ_ж — плотность жидкости.

Учитывая, что нижнее основание кубика все время параллельно поверхности жидкости, можем записать:

F_Арх = ρ_жgV _погр = ρ_жga ²x

где а — длина стороны кубика.

Выразим плотность:

ρ = F_Арх / ga²x

Рассматривая любую точку данного графика, получим:

ρ = F_Архga²x = 20,25 / 10 × 7,5 × 10^-2 = 2700 кг/м³

Ответ: плотность жидкости равна 2700 кг/м ³.

Условия плавания тел

Из закона Архимеда вытекают следствия об условиях плавания тел.

 

Погружение	Плавание внутри жидкости	Плавание на поверхности жидкости
ρж < ρт Если плотность тела больше, чем плотность жидкости или газа, — оно уйдет на дно.	ρж = ρт Если плотности тела и жидкости или газа равны — тело будет находиться в безразличном равновесии в толще жидкости или газа.	ρж > ρт Если плотность тела меньше плотности жидкости или газа — оно будет плавать на поверхности.

Почему корабли не тонут? Корабль сделан из металла, плотность которого больше плотности воды. И, по идее, он должен тонуть. Но дело в том, что корпус корабля заполнен воздухом, поэтому общая плотность судна оказывается меньше плотности воды, и сила Архимеда выталкивает его на поверхность. Если корабль получит пробоину, то пространство внутри заполнится водой — следовательно, общая плотность корабля увеличится. Судно утонет. В подводных лодках есть специальные резервуары, которые заполняют водой или сжатым воздухом. Если нужно уйти на глубину — водой, если подняться — сжатым воздухом. Рыбы используют такой же принцип в плавательном пузыре — наполняют его воздухом, чтобы подняться наверх. Человеку, чтобы не утонуть, тоже достаточно набрать в легкие воздух и не двигаться — вода будет выталкивать тело на поверхность. Именно поэтому важно не тратить силы и кислород в легких на панику и борьбу, а расслабиться и позволить физическим законам сделать все за нас.

Формула и определение силы Архимеда для газов

На самом деле тут все очень похоже на жидкости. Начнем с формулировки закона Архимеда:

Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в газ, равна по модулю весу вытесненного газа и противоположно ему направлена.

Формула архимедовой силы для газов FАрх = ρгgVпогр ρг — плотность газа [кг/м3] Vпогр — объем погруженной части тела [м3] g — ускорение свободного падения [м/с2] На планете Земля g = 9,8 м/с 2.

Сила Архимеда для газов действует аналогично архимедовой силе для жидкостей. Давайте убедимся в этом, решив задачку.

Задача

Груз какой максимальной массы может удерживать воздушный шар с гелием объема 0,3 м³, находясь в атмосфере Земли? Плотность воздуха равна 1,3 кг/м ³. Гелий считать невесомым.

Решение

Подставляем значения и получаем:

F_Арх = ρ_гgV_погр = 1,3 × 10 × 0,3 = 0,39 Н

По второму закону Ньютона для инерциальных систем отсчета:

F_Арх = mg

Выражаем массу груза и подставляем значения:

m = F_Арх / g = 0,39 / 10 = 0, 039 кг = 39 кг

Ответ: груз максимальной массы 39 г может удержать данный шарик с гелием.

Когда сила Архимеда не работает

Архимедова сила не работает лишь в трех случаях:

1. Невесомость. Главное условие возникновения Архимедовой силы — это наличие веса у среды. Если мы находимся в невесомости, холодный воздух не опускается, а горячий, наоборот, не поднимается.




2. Тело плотно прилегает к поверхности. Отсутствие газа или жидкости между поверхностью и телом свидетельствует об отсутствии выталкивающей силы — телу просто неоткуда выталкиваться.




3. Растворы и смеси. Если взять спирт, плотность которого меньше плотности воды, и смешать его с водой, получится раствор. На него не будет действовать сила Архимеда, несмотря на то, что плотность спирта меньше плотности воды — он просто растворится.

Карина Хачатурян

К предыдущей статье

Насыщенный и ненасыщенный пар

К следующей статье

Мощность

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

1. Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению

2. Расскажем, как проходят занятия

3. Подберём курс

Как найти массу жидкости. На самом деле вы измеряете силу тяжести на объекте, и технически вы должны разделить вес на ускорение свободного падения, чтобы получить массу. Однако для большинства приложений вес и масса практически эквивалентны. Теперь предположим, что у вас нет весов. Вы все еще можете найти массу конкретной жидкости? Да, если вы знаете, что такое жидкость, вы можете найти ее массу, измерив ее объем и посмотрев ее плотность.

Если вы не знаете, что это за жидкость, вы можете определить ее плотность, измерив ее удельный вес с помощью ареометра.

TL;DR (слишком длинный; не читал)

Поскольку ​ плотность = масса/объем ​, вы можете найти массу определенного количества жидкости, если знаете ее плотность. Плотность известных жидкостей можно посмотреть в таблице. Если у вас есть загадочная жидкость, вы можете измерить ее плотность ареометром.

Взвешивание жидкости

Вы можете положить твердый предмет прямо на весы, но жидкость всегда должна находиться в контейнере, а контейнер имеет вес. Если у вас есть определенный объем жидкости в стакане и вам нужна его масса/вес, вы должны сначала найти вес пустого стакана. Вы можете взвесить жидкость, вылить ее из стакана, а затем взвесить стакан и вычесть его вес из веса стакана плюс жидкость. Однако этот метод неточен, поскольку в контейнере останется некоторое количество жидкости. Более точный метод заключается в том, чтобы поставить стакан на весы, записать вес, а затем налить жидкость и записать новый вес.

Большинство весов имеют настройку тары, и при ее нажатии происходит обнуление весов. Эта функция позволяет легко взвешивать жидкости. Если у вас на весах есть кнопка тары, поставьте на весы пустую емкость и нажмите тару. Когда шкала покажет ноль, влейте жидкость. Новое показание – это вес жидкости.

Расчет массы по плотности

Каждая жидкость имеет характеристическую плотность (D), которая определяется как отношение массы (m) к объему (v). Математически:

D=\frac{m}{v}

Если вы знаете, какая у вас жидкость, вы можете посмотреть ее плотность в таблице. Как только вы это узнаете, все, что вам нужно сделать, чтобы найти массу жидкости, — это измерить ее объем. Зная плотность и объем, рассчитайте массу, используя это соотношение:

m=Dv

Плотность часто выражается в килограммах на метр ³ . Когда вы измеряете небольшие количества, удобнее использовать граммы и кубические сантиметры, поэтому полезно следующее преобразование: 93)=1,57\text{ кг}=1570\text{ г}

Определение плотности с помощью ареометра

Удельный вес материала – это безразмерная единица, которую вы получаете, разделив плотность материала на плотность чистого вода 4 градуса Цельсия. Если у вас есть загадочная жидкость, вы можете найти ее массу, измерив ее удельный вес с помощью ареометра. Это стеклянная трубка с пузырьком на дне. Вы заполняете пузырь жидкостью и помещаете его в воду. В зависимости от плотности пузырек ареометра будет тонуть глубоко под поверхностью воды или плавать близко к поверхности. Вы можете прочитать удельный вес, обычно в г/см ³ , по шкале сбоку ареометра. Это знак, который просто касается поверхности воды.

Как только вы узнаете удельный вес, вы также узнаете плотность, потому что вы просто умножаете удельный вес на плотность воды, которая составляет 1 г/см ³ , чтобы получить плотность. Затем вы можете найти массу определенного объема жидкости, умножив ее плотность на объем имеющейся у вас жидкости.

Молярная масса летучей жидкости

Молярная масса летучей жидкости

• Цели
• Предыстория: закон идеального газа
• Обзор процедуры

Цели

• Определите молярную массу летучей жидкости.
• Используйте закон идеального газа в связи с экспериментом.

История вопроса: закон идеального газа

летучая жидкость (или твердое вещество, если уж на то пошло) легко испаряется. [Примечание: летучий , а не синоним реактивного.] Мы будем испарять жидкость в этой лаборатории и использовать свойства полученного пара (газа).

С 17 до начала 19 века ряд ученых открыли простые зависимости между температурой, давлением, объемом и количеством газов:

• Роберт Бойль: объем газа обратно пропорционален его давлению; или
  pV = константа.
• Жак Шарль и Жозеф Гей-Люссак: давление газа пропорционально его температуре;
  р = константа х Т
• Амедео Авогадро: равные объемы газа содержат одинаковое количество молекул;
  n = константа x V, с одинаковой константой для всех газов.

Эти соотношения можно объединить в одно уравнение, описывающее взаимосвязь между температурой, давлением, объемом и количеством (количеством молей) всех газов при обычных условиях. Уравнение представляет собой закон идеального газа :

пВ = нРТ,

где

• p = давление
• В = объем
• n = количество молей
• R = постоянная идеального газа (8,21×10 ^-2 л атм моль ^-1 K ^-1 )
• T = абсолютная температура ( т.е. , температура в Кельвинах).

Закон идеального газа имеет широкое применение в химии. Его можно использовать для вычисления любой из четырех переменных, если остальные три известны или могут быть измерены. В эксперименте на этой неделе мы определим давление, объем и температуру образца газа (нашей испарившейся летучей жидкости), что означает, что мы можем найти количество молей:

число молей = n = pV/RT .

Но мы идем еще дальше, потому что будем измерять еще и массу испарившейся жидкости. Зная массу и количество молей, мы можем вычислить молярную массу жидкости:

молярная масса = (масса)/(количество молей).

Обзор процедуры

Я не буду подробно описывать процедуру шаг за шагом, но подчеркну некоторые аспекты безопасности и (выделено жирным шрифтом ) некоторые места, где наша процедура отличается от процедуры в лабораторном пакете. Основное отличие заключается в измерении объема колбы последний , а не первый.

Работайте в парах (без троек).

Мы будем нагревать летучую жидкость, чтобы испарить ее так, чтобы ее пары просто заполнили колбу, объем которой мы можем измерить; мы также будем знать температуру и давление пара и массу пара.

1. Определите массу колбы, кипящего камня и крышки из фольги
   • Это делается перед добавлением жидкости, чтобы мы могли взвесить количество пара по разнице между этим и более поздним измерением; это делается только перед первым испытанием.
   • Сделайте маленькое отверстие в крышке из фольги.
   • Используйте только колбы из пирекса на 250 мл с узким горлышком; осмотрите колбу на наличие трещин.
2. Добавить летучую жидкость
   • Достаточно около 5 мл. Не обязательно получать ровно 5 мл.
3. Нагрев для испарения жидкости
   • Мы будем использовать пламя горелки Бунзена для нагрева водяных бань. Будьте осторожны, чтобы не раздуть пламя слишком сильно, потому что наши летучие жидкости легко воспламеняются.
     • Схема аппарата для нашего эксперимента.
     • Фотография аппарата для эксперимента, проведенного в Университете Рутгерса.
     • Схема аппарата, как его описал Дюма.
   • В водяную баню также положите кипящий камень (но не обязательно знать его массу).
   • Держите колбу слегка наклоненной; будет легче заметить, когда жидкость исчезнет.
   • Держите как можно большую часть колбы под водой.
4. Измерение температуры водяной бани и атмосферного давления
   • Осторожно нагрейте водяную баню . Предположение, что водяная баня и испаряемая жидкость имеют одинаковую температуру, разумно только в том случае, если вода нагревается плавно (температура не повышается быстро). Не позволяйте воде кипеть.
   • Быстро измерьте температуру после испарения жидкости, но держите провода термозонда подальше от пламени и железного кольца .
   • Вы можете измерить атмосферное давление в любое время в течение лабораторного периода. Ваш инструктор покажет вам, как использовать барометр в лаборатории.
5. Сконденсировать пары в колбе
   • Пропустите колбу холодной водой.
6. Определение массы колбы, кипящего камня, крышки из фольги и конденсированного пара
   • Летучей жидкости останется меньше, чем было изначально; это то, что мы ожидаем. Вы наливаете более чем достаточно жидкости, чтобы ее пары заполнили колбу, а избыток вышел через точечное отверстие. Конденсированный пар ( , т. е. , оставшаяся жидкость) имеет ту же массу, что и пар, точно заполнивший колбу.
   • Убедитесь, что колпачок из фольги не намок от кипящей воды или конденсированного водяного пара. При необходимости просушить горлышко колбы, не закрывая крышку из фольги.
7. Определить объем колбы Колбы номинально 250 мл, но 250 мл не точное измерение; кроме того, это относится к объему жидкости, которую он удерживает при нормальном использовании, поэтому он не включает объем горлышка фляги.