Pēc tam, kad skolēni iepazinās ar vielu masas un tilpuma jēdzienu fizikā, viņi pēta kādu svarīgu jebkura ķermeņa īpašību, ko sauc par blīvumu. Tālāk esošais raksts ir veltīts šai vērtībai. Tālāk ir atklāti jautājumi par blīvuma fizisko nozīmi. Ir dota arī blīvuma formula. Ir aprakstītas tā eksperimentālās mērīšanas metodes.
Blīvuma jēdziens
Sāksim rakstu ar tiešu vielas blīvuma formulas ierakstīšanu. Tas izskatās šādi:
ρ=m / V.
Šeit m ir aplūkotā ķermeņa masa. SI sistēmā to izsaka kilogramos. Uzdevumos un praksē var atrast arī citas tā mērvienības, piemēram, gramus vai tonnas.
Simbols V formulā apzīmē tilpumu, kas raksturo ķermeņa ģeometriskos parametrus. To mēra SI kubikmetros, tomēr tiek izmantoti arī kubikkilometri, litri, mililitri utt.
Blīvuma formula parāda, kādu vielas masu satur vienībaapjoms. Izmantojot ρ vērtību, var novērtēt, kuram no diviem ķermeņiem būs lielāks svars ar vienādiem tilpumiem vai kuram no diviem ķermeņiem būs lielāks tilpums ar vienādām masām. Piemēram, koksne ir mazāk blīva nekā dzelzs. Tāpēc ar vienādiem šo vielu tilpumiem dzelzs masa ievērojami pārsniegs to pašu koka vērtību.
Relatīvā blīvuma jēdziens
Pats šī daudzuma nosaukums norāda, ka viena ķermeņa pētāmā vērtība tiks uzskatīta par līdzīgu citam objektam. Relatīvā blīvuma formula ρr izskatās šādi:
ρr=ρs / ρ0.
Kur ρs ir izmērītā materiāla blīvums, ρ0 ir blīvums, attiecībā pret kuru vērtība ρ r mēra . Acīmredzot ρr ir bezizmēra. Tas parāda, cik reižu izmērītā viela ir blīvāka par atlasīto standartu.
Šķidrumiem un cietām vielām standarta ρ0 izvēlieties šo vērtību destilētam ūdenim 4 oC temperatūrā. Tieši šajā temperatūrā ūdenim ir maksimālais blīvums, kas ir ērta vērtība aprēķiniem - 1000 kg/m3 vai 1 kg/l.
Gāzes sistēmām ir ierasts izmantot gaisa blīvumu pie atmosfēras spiediena un temperatūras 0 kā standarta oC.
Blīvuma atkarība no spiediena un temperatūras
Pētītā vērtība nav nemainīga konkrētam ķermenim,ja maināt tā temperatūru vai ārējo spiedienu. Tomēr šķidrumi un cietas vielas daudzās situācijās ir nesaspiežamas, kas nozīmē, ka to blīvums paliek nemainīgs, mainoties spiedienam, kā arī temperatūrai.
Spiediena ietekme izpaužas šādi: tam palielinoties, samazinās vidējie starpatomu un starpmolekulārie attālumi, kas palielina vielas molu skaitu tilpuma vienībā. Tātad blīvums palielinās. Skaidra spiediena ietekme uz pētāmo raksturlielumu ir novērojama gāzu gadījumā.
Temperatūrai ir pretēja ietekme nekā spiedienam. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās matērijas daļiņu kinētiskā enerģija, tās sāk aktīvāk kustēties, kā rezultātā palielinās vidējie attālumi starp tām. Pēdējais fakts noved pie blīvuma samazināšanās.
Atkal šis efekts ir izteiktāks gāzēm nekā šķidrumiem un cietām vielām. Šim noteikumam ir izņēmums - tas ir ūdens. Eksperimentāli noskaidrots, ka temperatūras diapazonā 0-4 oС tā blīvums palielinās līdz ar karsēšanu.
Viendabīgi un nehomogēni ķermeņi
Iepriekš uzrakstītā blīvuma formula atbilst tā sauktajam vidējam ρ aplūkotajam ķermenim. Ja tajā iedalām nelielu tilpumu, tad aprēķinātā vērtība ρi var ievērojami atšķirties no iepriekšējās vērtības. Šis fakts ir saistīts ar nevienmērīgu masas sadalījumu pēc tilpuma. Šajā gadījumā blīvumsρi tiek saukts par vietējo.
Ņemot vērā jautājumu par vielas nevienmērīgu sadalījumu, šķiet interesanti precizēt vienu punktu. Kad mēs sākam uzskatīt elementāru tilpumu tuvu atomu skalām, tiek pārkāpts vidējas nepārtrauktības jēdziens, kas nozīmē, ka nav jēgas izmantot vietējā blīvuma raksturlielumu. Ir zināms, ka gandrīz visa atoma masa ir koncentrēta tā kodolā, kura rādiuss ir aptuveni 10-13 metri. Kodola blīvums tiek novērtēts ar milzīgu skaitli. Tas ir 2, 31017 kg/m3.
Blīvuma mērīšana
Iepriekš tika parādīts, ka saskaņā ar formulu blīvums ir vienāds ar masas un tilpuma attiecību. Šis fakts ļauj noteikt norādīto raksturlielumu, vienkārši nosverot ķermeni un izmērot tā ģeometriskos parametrus.
Ja ķermeņa forma ir ļoti sarežģīta, tad universālā metode blīvuma noteikšanai būs hidrostatiskā svēršana. Tas ir balstīts uz Arhimēda spēka izmantošanu. Metodes būtība ir vienkārša. Ķermenis vispirms tiek nosvērts gaisā un pēc tam ūdenī. Svara starpību izmanto, lai aprēķinātu nezināmo blīvumu. Lai to izdarītu, izmantojiet šādu formulu:
ρ=ρl P0 / (P0 - P l),
kur P0, Pl - ķermeņa svars gaisā un šķidrumā. Attiecīgi ρl ir šķidruma blīvums.
Hidrostatiskās svēršanas metodi blīvuma noteikšanai, saskaņā ar leģendu, pirmo reizi izmantoja filozofs no Sirakūzām. Arhimēds. Viņš, nepārkāpjot vainaga fizisko integritāti, varēja noteikt, ka tā izgatavošanai tika izmantots ne tikai zelts, bet arī citi mazāk blīvi metāli.
