Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 40 w Zespole szkół nr5 w Poznaniu ID grupy: 98/13_MF_G1 Kompetencja: matematyka i fizyka Temat projektowy: Gęstość materii. Semestr/rok szkolny: I SEMESTR 2009/2010 …………………………………………………….

Podstawowe jednostki miar układu SI Nazwa wielkości długość masa czas natężenie prądu temperatura ilość materii (substancji) światłość Wielkość fizyczna oznaczenie jednostki Nazwa jednostki Oznaczenie jednostki Pole powierzchni PP metr kwadratowy 1m2 Objętość V metr sześcienny 1m3 Prędkość (szybkość) v metr na sekundę 1m / s Przyspieszenie a metr na sekundę kwadrat 1m / s2 Siła F niuton 1N = kg ∙ m / s2 Gęstość d kilogram na metr sześcienny 1kg / m3 jednostki pochodne

Aby skrócić zapis i uprościć obliczenia często stosujemy przedrostki literowe, które oznaczają mnożnik cyfrowy np. mówimy kilogram w skrócie piszemy kg, k oznacza kilo czyli 1 000, a więc kilogram to 1 000 gramów.

Gęstość-definicja Gęstość jest to wielkość fizyczna charakterystyczna dla danej substancji w danej temperaturze, określająca masę tej substancji w jednostkowej objętości. Jednostka gęstości w układzie SI " kilogram na metr sześcienny" [ d] = kg/m3

GĘSTOŚĆ JAKO WIELKOŚĆ FIZYCZNA Określenie "gęstość" zostało przez fizyków wzięte z życia codziennego i zaadaptowane na nazwę wielkości fizycznej. Jednak ten wybór nazwy jest trochę mylący. To co fizycy uważają za gęstość, nie odpowiada potocznemu pojęciu gęstości. Np. dla fizyka gęsty krupnik nie musi mieć wcale większej gęstości od czystej, posolonej wody. "Fizyczna" gęstość substancji to w potocznym rozumieniu bardziej "ciężkość" tej substancji. Większą gęstość ma ciało, które przy tej samej objętości ma większy ciężar, a nie takie, które trudno jest zamieszać. Tak więc styropian ma o wiele mniejszą gęstość niż woda, lód wcale nie jest od wody "gęstszy". Co ciekawe, płynna rtęć ma większą gęstość niż granitowy głaz.

Gęstość materii Wybrane przykłady

Modelowy sposób wyznaczania gęstości ze wszystkich interesujących nas materiałów formujemy identyczne kostki (np. o krawędzi 1m) ważymy wszystkie kostki porównujemy ciężary kostek Wielkość, uzyskaną tym sposobem nazywamy właśnie gęstością. Wygodnie jest przyjąć pewien standard rozmiaru naszych kostek - wtedy można łatwo porównywać że sobą pomiary gęstości uzyskane różnymi metodami i w różnych warunkach.

Wyznaczanie gęstości Stosując układ SI przyjmujemy: Gęstość = masa kostki materiału o krawędzi 1 metra. metrowa kostka (kostka o objętości 1m3) wody waży 1000 kg - oznacza to, że woda ma gęstość 1000kg/m3. metrowa kostka złota waży 19300kg (ponad 19ton!) - gęstość złota wynosi 19300kg/m3 taka sama kostka zawierająca tylko powietrze ma masę ok. 1,3kg - gęstość powietrza to 1,3kg/m3 . Jako podstawę dla gęstości można przyjąć kostkę nie tylko metrową lecz np. centymetrową (i tak się niekiedy robi), wtedy gęstości wyraża się np. g/cm3, lub kg/cm3.

Co ma małą gęstość? Wiadomo - rozrzedzone gazy. Oczywiście gaz można zawsze rozrzedzać coraz bardziej, aż stanie się próżnią - wtedy jego gęstość stanie się równa zero. W normalnych warunkach najlżejszym gazem jest wodór - 0,09kg/m3 - kilkanaście razy mniej niż powietrze. Ta jego własność powoduje, że jest on doskonałym materiałem do wypełniania powłok balonów. Niestety ma też i jedną wadę - jest bardzo wybuchowy. Dlatego ostatnio częściej wypełnia się powłoki balonów helem - gazem 4 razy cięższym, ale za to całkowicie niepalnym.

jakie są najlżejsze ciała stałe? Interesujące jest pytanie: jakie są najlżejsze ciała stałe? - ciała takie mogą być doskonałymi elementami konstrukcyjnymi samolotów, statków wysokich budynków. Wiemy, że bardzo lekki jest styropian - jego gęstość kilkadziesiąt razy mniejsza od gęstości wody; bardzo lekkim metalem jest z kolei glin (aluminium) o gęstości 2700 kg/m3 - jest prawie trzy razy lżejszy niż żelazo. Stop aluminium z miedzią i magnezem (+domieszki) zwany pod nazwą duraluminium jest doskonałym materiałem do budowy lekkich konstrukcji samolotów i statków. Najlżejszym drewnem jest balsa - jest prawie 10 razy lżejsza od wody.

Dlaczego mówimy, ze ołów jest ciężki, a styropian lekki? Jeżeli ktoś mówi, ze ołów jest „cięższy” od aluminium, to prawdopodobnie ma na myśli, ze z dwóch przedmiotów o jednakowych rozmiarach (np. kulek), wykonanych z ołowiu i aluminium, większa masę ma przedmiot ołowiany. Z tego spostrzeżenia wynika, że ołów ma większą gęstość niż aluminium. Co więcej waży: kilogram ołowiu czy kilogram styropianu? Oczywiście oba ważą tyle samo, ale kilogramowa kula wykonana z ołowiu ma średnicę około 5cm, podczas gdy średnica kilogramowej kuli wykonanej ze styropianu wynosi 50cm. Jeżeli weźmiemy różne substancje o jednakowych masach, to się okaże, że substancja o największej gęstości ma najmniejszą objętość.

Objętość i masa ciała ,a jego gęstość Kulki mają taką samą objętość, ale różną masę Kulki mają taką samą masę, ale różne objętości

Wyznaczanie gęstości substancji

PRAWO ARCHIMEDESA Na każde ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu zwrócona ku górze i równa ciężarowi cieczy. Siła wyporu zależy od gęstości cieczy i objętości ciała zanurzonego, ale nie zależy od kształtu ciała zanurzonego i substancji, z jakich ciała są wykonane. Fw = dc • g • Vc gdzie: Fw   -  siła wyporu g     -  przyśpieszenie ziemskie  - ok. 10 N/kg dc   -  gęstość cieczy Vc   - objętość wypartej cieczy (równa objętości zanurzonego  ciała).

Prawo archimedesa ZESTAW DOŚWIADCZALNY Doświadczenie: Wrzucamy różne ciała (o różnej gęstości) do tej samej cieczy (wody). Rozważamy problem, dlaczego jedne ciała toną, a inne pływają. Wniosek: Ciało tonie, gdy gęstość ciała jest większa od gęstości cieczy. Wniosek: Ciało pływa na powierzchni cieczy, gdy gęstość ciała jest mniejsza od gęstości cieczy. Wniosek: Ciało pływa na dowolnej głębokości, gdy gęstość ciała jest równa gęstości cieczy.

Sporządzenie wykresu zależności masy wody od objętości m(V) Ze względu na błąd pomiaru masy wody i jej objętości nie otrzymaliśmy zależności liniowej między tymi wielkościami. Wykres powinien być linią prostą!! masa menzurki(g) masa menzurki z wodą (g) masa wody(g) objętość wody(cm3) 70 80 10 92 22 25 108 38 40 114 44 46

Ciężar i gęstość rozwiązanie zadanie Objętość V=2cm*2cm*1cm=4cm3 a)gęstość d=m/V d=8g/4cm3 b)objętość V=m/d V=2000g/(2g/cm3) V=1000cm3 c) Q=mg Q=5kg * 10m/s2 Q= 50N Kostka cukru w kształcie prostopadłościanu o wymiarach 2cm x 2cm x 1cm wazy 8g oblicz: a) gęstość cukru b) objętość 2kg cukru c) ciężar 5kg cukru

Zadanie Trzy jednakowe prostopadłościany wykonane z aluminium, żelaza i miedzi mają następujące masy: miedź aluminium żelazo m = 13,5 g d = 2,7 g/cm3 m = 39,35 g d = 7, 87 g/cm3 m = 44,75 g d = 8,95 g/cm3 Napisz na każdym prostopadłościanie nazwę substancji, z której został wykonany. Gęstości odszukaj w tablicach. d= m / V V= m/d V= 44,75 g / 8,95 g/cm3 = 5 cm3

Gęstość obiektów astronomicznych Gęstość(g/cm3 ) Ziemia 5,52(gęstość wody=1) Wenus 5,25 Mars 3,95 Jowisz 1,33 Saturn 0,69 Uran 1,29 Neptun 1,64 Merkury 5,43 Słońce 1.409 W środku 151,3 Układ słoneczny

Gęstość materii i kosmos CZARNE DZIURY Gęstość komy komety powstają w wyniku kolapsu grawitacyjnego (zapadania się) gwiazd lub innych masywnych obiektów, formując tzw. osobliwość - twór o nieskończonej gęstości. "Średnia gęstość" czarnych dziur o masie około jednej masy Słońca jest rzeczywiście większa od gęstości gwiazd neutronowych lub gwiazd kwarkowych (jeśli takie istnieją). Ale dla czarnych dziur o masie około miliarda mas Słońca jest ona mniejsza od gęstości wody Koma charakteryzuje się bardzo niską gęstością - szacunkowa ilość cząstek przy powierzchni jądra wynosi około 105/cm3, co jest znikomą wielkością w porównaniu z gęstością powietrza przy powierzchni Ziemi (2,55 × 1019/cm3). Maleje ona wraz ze wzrostem odległości od jądra, by wreszcie zrównać się z gęstością materii międzygwiezdnej

Badacze gęstości materii ARCHIMEDES Odkrył ważne prawo, zwane dziś prawem Archimedesa, które stanowi podstawę teorii pływania ciał: każde ciało zanurzone w cieczy traci pozornie na ciężarze tyle, ile wynosi ciężar cieczy wypartej przez to ciało Prawo Archimedesa jest wykorzystywane przy budowie łodzi pod-wodnych, unoszeniu się balonów w powietrzu, w badaniu gęstości ciał ciekłych, stałych i gazowych. Urodzony około 287 roku p. n. e., zmarł ok. 212 roku p. n. e., grecki fizyk, matematyk i wynalazca, jeden z najwybitniejszych uczonych starożytności . Siedząc kiedyś w wannie zauważył, że ciała zanurzone w cieczy wydają się lżejsze .

Badacze Gęstości Gelles Dormion-w 1986 oraz 1998roku badał gęstość Wielkiej Piramidy i ku zdziwieniu otrzymał inne wartości niż te , których się spodziewał. Miało to związek z pustymi pomieszczeniami w piramidzie.  Fizyk Johna Archibalda Wheelera wyliczył w latach 60-tych XX wieku, że każdy metr sześcienny wszechświata ma gęstość energii odpowiadającą 1094 gramom materii (to 1014 razy więcej, niż cała materia wszechświata

mechanizm dźwigni, która poprzez napełnianie ze stałą wydajnością (1l/min) pojemnika z wodą uruchomi po zadanym (15 min.) czasie włącznik światła.

podsumowanie Udział w zajęciach poszerzył kompetencje matematyczno-fizyczne, ale niestety problem z matematyką nie został rozwiązany. Ponadto wykorzystaliśmy komputer do zdobywania , poszukiwania i segregowania informacji z Internetu. Uczniowie uczą się odpowiedzialności za pracę swoją i grupy, pracujemy nad samodyscypliną.

Żródła: Internet: www.fizykamelgiew.zafriko.pl www.iwiedza.net www.fizykon.org Fizyka ciekawa-dokument pdf

Prezentacja wykona przez uczniów: 1.Marta Głucińska 9.Paweł Piechura 2.Natalia Stelmaszczyk 10.Mikolaj Andrzejak 3.Kinga Stefaniak opiekun grupy: 4.Marcin Frąckowiak Hanna Rój-Pytel 5.Przemek Sarnowski 6.Patryk Zasadziński 7.Piotr Nowacki 8.Michał Grazyński