DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Brzeźnicy ID grupy: 98/36_MF_G1 Kompetencja: Matematyka i Fizyka Temat projektowy: Gęstość Materii Semestr/rok szkolny: Semestr II 2010 r.

wielkość charakteryzująca daną substancję, GĘSTOŚĆ, masa właściwa, wielkość charakteryzująca daną substancję, liczbowo równa masie jednostki objętości tej substancji; dla ciał jednorodnych stosunek masy danego ciała do jego objętości.

OBJĘTOŚĆ, wielkość charakteryzująca: ograniczony obszar przestrzeni trójwymiarowej, nieujemna liczba rzeczywista, przyporządkowana w jednoznacznie określony sposób danej bryle; wyraża się w m3, cm3 itp.

charakteryzująca obiekty fizyczne, MASA, wielkość fizyczna charakteryzująca obiekty fizyczne, służąca do ilościowego opisu ich bezwładności i oddziaływania grawitacyjnego.

Gęstość (masa właściwa) – jest to stosunek masy pewnej porcji substancji do zajmowanej przez nią objętości. W przypadku substancji jednorodnych porcja ta może być wybrana dowolnie; jeśli jej objętość wynosi V ,a masa m , to gęstość substancji wynosi : d = m/V Jednostką gęstości w układzie SI jest kg/m3 . Inne jednostki to m. in. kg/l , oraz gram na centymetr sześcienny – g/cm3 (w układzie CGS). Gęstość większości substancji jest zależna od panujących warunków, w szczególności od temperatury i ciśnienia. W związku z tym, w tablicach opisujących właściwości

materiałów podaje się ich gęstość zmierzoną w określonych warunkach; przeważnie są to warunki standardowe lub normalne. Znajomość gęstości pozwala na obliczeniu masy określonej objętości substancji. Dla substancji jednorodnej zachodzi m = d * V Gęstość ciał stałych i ciekłych można wyznaczyć przez ważenie próbek o znanej objętości. Przy wyznaczaniu gęstości cieczy stosuje się również areometry. Areometry wypełnione cieczą o znanej gęstości mogą służyć do wyznaczania gęstości innych cieczy.

Przy wyznaczaniu gęstości gazów stosuje się między innymi ważenie naczyń z gazem o różnym ciśnieniu gazu. Gęstość większości substancji zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury (jednym z wyjątków jest woda w temperaturze poniżej 4 stopni C). Zjawisko to wynika z rozszerzalności cieplnej ciał. Podczas przemian fazowych gęstość zmienia się skokowo (w temperaturze przemiany) , podczas krzepnięcia zazwyczaj wzrasta ( najbardziej znanymi wyjątkami są woda, żeliwo , a z pierwiastków bizmut, gal i german)

Ciemna materia

W 1922 roku rosyjski fizyk Aleksander Friedman znalazł rozwiązania ukazujące Wszechświat rozszerzający się.

Rozwiązania Friedmana można było podzielić na trzy kategorie:

1. Gęstość materii Wszechświata mniejsza od tzw 1. Gęstość materii Wszechświata mniejsza od tzw .gęstości krytycznej-geometria Wszechświata o krzywiźnie ujemnej i jest on otwarty, nieskończony i będzie wiecznie się rozszerzał.

2. Gęstość materii Wszechświata większa od tzw 2.Gęstość materii Wszechświata większa od tzw. gęstości krytycznej-geometria Wszechświata o krzywiźnie zerowej (euklidesowa, płaska) i jest on otwarty, nieskończony i będzie wiecznie się rozszerzał.

3. Gęstość materii Wszechświata większa od tzw 3. Gęstość materii Wszechświata większa od tzw. Gęstości krytycznej-geometria Wszechświata o krzywiźnie dodatniej i jest on zamknięty i skończony (jak np. strefa) i jego rozszerzani się nie będzie trwać wiecznie. Po skończonym czasie zacznie się on kurczyć

Z wyników, jakie uzyskał Friedman można było zero wywnioskować, że globalna geometria każdego wszechświata ma ścisły związek z gęstością materii w nim i to od niej będzie zależała jego ewolucja i końcowy los.

Teoretykom i praktykom fizyki nie podoba się powszechnie taka wizja zważywszy, że trudno wyobrazić sobie jak Wszechświat, który zaczął się w nieskończenie gęstym punkcie, stał się nagle nieskończony.

Nie można jednak uprawiać nauki dopasowując ją do naszych upodobań Nie można jednak uprawiać nauki dopasowując ją do naszych upodobań. Jeśli marzenie o Wszechświecie zamkniętym miało zostać potwierdzone, to trzeba było znaleźć kandydatów na pozostałe ponad 99% wartości gęstości krytycznej. Zakładano, że ta „brakująca materia” nie jest widoczna dlatego, że nie świeci. Dlatego nazwano ją ciemna materią. Jedyną oznaką jej obecności jest oddziaływanie grawitacyjne.

Na kandydatów na ciemną materię postulowano brązowe karły (obiekty o masie mniejszej niż 0,08 masy Słońca, zbyt lekkie by świecić), planety, gwiazdy neutronowe i czarne dziury.

Z dobrze potwierdzonych teorii nukleosyntezy i pomiarów obfitości pierwiastków we Wszechświecie wynika jednak, że zwyczajna materia (barionowa) wchodząca oprócz gwiazd właśnie w skład planet, brązowych karłów, gwiazd neutronowych i czarnych dziur, nie może stanowić więcej niż 10% gęstości krytycznej.

  Doświadczenie 1   Temat: Wyznaczanie gęstości substancji. Za pomocą wagi wyznaczamy masę pustego słoika. Wsypujemy do słoika odmierzoną w cylindrze miarowym objętość soli kuchennej i dobierając odważniki, wyznaczamy masę słoika z solą. Masa soli równa jest różnicy mas pełnego i pustego słoika.  Masa soli (g): 96,5 Objętość soli (cm3 ) :50Gęstość soli (g/cm3 ):1,9 Obliczamy gęstość substancji: d = m:Vd = 96,5g:50cm3 = 1.93 g/cm3  Wniosek: Niepewność pomiaru masy soli kuchennej w naszym doświadczeniu wynosi 0,1g , a niepewność pomiaru objętości 1 cm3 Dlatego wynik obliczeń zaokrąglamy do pierwszego miejsca po przecinku bo podając nadmiernie dokładnie wynik obliczeń wprowadzamy w błąd.

Doświadczenie 2 Temat: Gęstość tej samej substancji w różnych stanach skupienia.  Chlor i Woda Chlor Stan  skupienia    Co?     temperatura  w stopniach C      kg/m3         g/cm3     ciecz                    chlor                   -34                        0,001507      1,507 ciało stałe            chlor                   -160                       0,00203         2,03 gaz                     chlor                     20                        0,00003214   0,003214 Woda Stan skupienia    co?       temperatura w stopniach C      kg/m3     g/cm3  ciecz                  woda                    20                                  1000       1 ciało stałe           lód                        0                                    920       0,92 gaz                    para wodna           100                                 0,60       0,00006 Wniosek: Gęstość substancj jest zależna od stanu skupienia

Doświadczenie 3 Temat: Wyznaczanie gęstości ciała o nieregularnym kształcie           Ważyliśmy bryłkę plasteliny. Odczytaliśmy objętość wody wlanej do cylindra miarowego, ostrożnie wpuszczaliśmy bryłkę plasteliny do wody i ponownie odczytaliśmy objętość. Różnica objętości wody w cylindrz miarowym równa jest objętości plasteliny W przeprowadzonym przez nas doświadczeniu otrzymaliśmy nstępujące wyniki pomiarów: masa plasteliny   mp=40g objętość wody      V1 = 150cm3  objętość wody po wnurzeniu bryłki to:     V2 =170cm3 objętość plasteliny :  Vp= 170cm3 - 150cm3 = 20cm3 gęstość plasteliny wynosi :  dp= 40g/20cm3 = 2g/cm3

Doświadczenie 4 Temat: Wyznaczanie gęstośći dobrowolnej cieczy Przyrządy: waga laboratoryjna, menzurka, ciecz - denaturat Przebiego Doświadczenia: Zważyliśmy na wadze laboratoryjnej pustą menzurkę. Oznaczyliśmy ją literą m1. Nalaliśmy do niej cieczy i odczytaliśmy objętość wlanej cieczy na podziałce menzurki. Oznaczyliśmy tą objętość literą V. Zważyliśmy menzurkę z cieczą. Tym razem wyznaczoną masę oznaczyliśmy symbolem m2.  Różnica masy zmierzonej teraz i masy wyznaczonej na początku doświadczenia jest  masą cieczy. Pomiary i obliczenia: masa menzurki :  m1 =35g masa menzurki z cieczą : m2 = 45g masa cieczy :  m2 - m1 =45g-35g= 10g objętość cieczy: V = 15cm3 gęstość cieczy=  masa cieczy / objętość cieczy p=m/V= 10g/15cm3 = 2g/3cm3 = 0,66g/cm3 Wniosek:  Porównując z tabelą gęstośći cieczy nasz wynik różni się o 0,13 g/cm3 z powodu niepewności pomiaru masy i objętości cieczy.

Doświadczenie 5 Temat Badanie zależności masy od objętości ciała wykonanego z danej substancji Przyrządy: waga,odważniki, menzurka, woda *za pomocą menzurki z wodą wyznaczyliśmy objętość każdego odważnika wykonanego z mosiądzu *odczytaliśmy na podziałce menzurki objętość wody,zanurzyliśmy w niej uwięziony  na nitce odważnik i ponownie odczytaliśmy objętość wody z odważnikiem. Różnica między odczytami - to objętość zanurzonego w wodzie odważnika. Wyniki pomiarów i wykres zależności masy odważników od ich objętości lp      masa m(g)             objętość V(cm3 ) 1            200                             30 2            100                             15 3              50                             10 4              20                               5   Wniosek: Masa odważnika jest wprost proporcjonalna do jego objętości

Doświadczenie6 Temat:Obliczanie gęstości prostopadłościanu aluminiowego V= a*b*c V= 4,2*2,48*1,4=14,112cm3 V= 14,112 cm3 m= 41,900g d=m/V d=41,900g/14,112cm3 = 2,969 g/cm3 Wniosek: Nasz prostopadłościan ma gęstość równą 2,969 g / cm3 . Porównując z tabelą substancji stałych wynosi 2, 70g/cm3 a to wynika z niepewności pomiaru masy i długości, szerokości, wysokości czyli objętości

Opracowali : Natalia Karolina Sandra Patrycja oraz Dawid, Adam, Dawid, Asia, Marta i Iza Opiekun Alicja Nadwodna