Pokaż spis treści
Wróć do informacji o e-podręczniku

Będąc nad rzeką, możesz zauważyć, że na powierzchni wody unoszą się liście, patyki, a czasami nawet spore gałęzie. Liście pływają, ponieważ są lekkie. Ale dlaczego nie tonie duży i ciężki pień drzewa? Ma to związek z inną zagadką: Jak to się dzieje, że ogromna piłka plażowa jest lżejsza niż na przykład kubek do herbaty? Co to w ogóle znaczy, że coś jest ciężkie?

Źródło: Stevebidmead (https://pixabay.com), licencja: CC 0. Nadmuchane piłki mają gęstość mniejszą od gęstości wody, dlatego nie toną
Już wiesz
  • że różne przedmioty zrobione są z materiałów (substancji) charakteryzujących się odmiennymi właściwościami;

  • że czasami duże przedmioty łatwo unieść, a małe – trudno.

Nauczysz się
  • wskazywać na przykładach brak związku między objętością i masą przedmiotu;

  • wyjaśniać, dlaczego niektóre przedmioty unoszą się na wodzie;

  • wyjaśniać, co to jest gęstość.

1. Co to znaczy cięższe?

Często zastanawiamy się, co jest ciężkie, a co lekkie. Najprościej ocenić to za pomocą wagi. W ten sposób możemy odmierzyć określoną ilość substancji – a więc określić masę. Aby ją wyznaczyć, musimy zważyć przedmiot. Podstawową jednostką masy jest kilogram oznaczany symbolem kg. Powszechnie stosuje się także gramy, dekagramy i – w wypadku dużych ciężarów – tony.

Ważenie za pomocą tradycyjnej wagi szalkowej. Masę owoców i warzyw określa się, porównując ją z masą odważników ustawionych na drugiej szalce. Jeśli obie masy będą jednakowe, to szalki będą w równowadze. Owoce zajmują dużo miejsca, ale odważniki mają o wiele większą gęstość
Ciekawostka

W Międzynarodowym Biurze Miar w Sèvres koło Paryża jest przechowywany międzynarodowy wzorzec masy wykonany pod koniec XIX wieku. Na jego podstawie wyznaczono wzorce, które są przechowywane w innych krajach.

Źródło: licencja: CC BY-SA 3.0. Wzorzec kilograma ma postać walca ze stopu platyny i irydu o średnicy i wysokości 39 mm. Jest on starannie zabezpieczony przed oddziaływaniem czynników zewnętrznych. Gdyby tych zabezpieczeń nie było, między wzorcem a otoczeniem mogłyby zajść procesy chemiczne, w wyniku których masa wzorca zmieniłaby się

Często się zdarza, że im coś jest większe, tym ma większą masę. Mała torebka jest lżejsza od siatki z zakupami. Ale są sytuacje odwrotne: gdy mały przedmiot jest cięższy niż duży. Kowadło trudniej podnieść niż dużą poduszkę. Czasem też jest tak, że dwa przedmioty tej samej wielkości mają różne masy. Jak można to wytłumaczyć?

2. Gęstość

Każde ciało zajmuje określoną przestrzeń – a więc określoną objętość. Im większa jest objętość przedmiotu, tym więcej miejsca on zajmuje. Czy dwa przedmioty tej samej wielkości mają taką samą masę?

To, czy przedmiot pływa, czy tonie w wodzie, zależy od jego gęstości. Pływają te przedmioty, których gęstość jest mniejsza od gęstości wody. Kamień i patyk różnią się gęstością. Patyk ma gęstość mniejszą od gęstości wody – dlatego utrzymuje się na jej powierzchni.

Zastanówmy się jeszcze, dlaczego wielkie oceaniczne statki nie toną, mimo że są wykonane ze stali. Otóż mają one ogromną objętość. Ich głównym składnikiem jest stal, ale znaleźć w nich można także wiele innych materiałów, zaś puste przestrzenie wypełnia powietrze. Nawet gdy statki są załadowane, to nie toną, a jedynie bardziej zanurzają się w wodzie.

Obserwacja 1

Zaobserwowanie, które przedmioty unoszą się na wodzie.

Co będzie potrzebne
  • miska,

  • woda,

  • niewielki kamyk,

  • patyk,

  • korek,

  • plastikowa nakrętka,

  • moneta.

Instrukcja
  1. Nalej wody do miski.

  2. Wrzuć do wody kolejno przygotowane przedmioty. Obserwuj, co się dzieje.

Podsumowanie

O unoszeniu się na wodzie nie decydują małe wymiary przedmiotu, lecz to, czy jego gęstość jest mniejsza od gęstości wody.

Ważne!

Gęstość substancji informuje nas, jaką masę ma jednostka objętości tej subtnacji, np. 1 m3. Obliczamy ją, dzieląc masę ciała przez jego objętość.

gęstość=masa ciałaobjętość ciała

Gęstość wyznaczamy w kilogramach na metr sześcienny (kg/m3), kilogramach na decymetr sześcienny (kg/dm3) lub gramach na centymetr sześcienny (g/cm3). Zapisujemy to na przyklad 1000 kg/m3.

Gęstość ciała zależy od jego struktury (masy drobin oraz ich ułożenia). Dwa przedmioty o tej samej masie, które wykonano z substancji różniących się gęstością, będą miały inną objętość. Jeżeli z tych substancji wykonamy przedmioty o takiej samej objętości – to będą różniły się masą.

Kostka zbudowana z substancji o gęstości 1000 kilogramów na metr sześcienny. Jeden centymetr sześcienny takiej substancji waży 1 gram. Tysiąc takich małych kostek tworzy dobrze znaną miarę objętości – litr. Z kolei 1000 litrów to metr sześcienny
Polecenie 1

Wyjaśnij, dlaczego ciała stałe różnią się gęstością. Zastanów się, jak mogą być zbudowane substancje mające małą gęstość, a jak te, których gęstość jest duża.

Gęstość wybranych substancji

Substancja

Gęstość ( kg/m3)

benzyna

700

oliwa

920

woda

1000

grafit

2300‑2720

żelazo

7875

złoto

19282

glin (aluminium)

2720

drewno dębowe

600–900

stal

7500–7900

marmur

2670

szkło

2400–2800

3. Dlaczego oliwa na wierzch wypływa?

Znasz powiedzenie: „Oliwa zawsze na wierzch wypływa”? Istotnie tak jest. Dlaczego tak się dzieje? Ciała stałe mają różną gęstość, może tak samo jest w przypadku cieczy?

Doświadczenie 1

Sprawdzenie, czy ciecze różnią się gęstością.

Co będzie potrzebne
  • 2 szklanki,

  • woda,

  • syrop owocowy,

  • olej.

Instrukcja
  1. Napełnij szklankę do połowy wodą.

  2. Do tej samej szklanki nalej powoli odrobinę syropu (najlepiej, by syrop ściekał po ściance szklanki). Co obserwujesz?

  3. Następnie do tej samej szklanki nalej trochę oleju. Co się dzieje?

  4. Do drugiej szklanki nalej odrobinę oleju.

  5. Do szklanki z olejem nalej teraz wody. Co tym razem obserwujesz?

Podsumowanie

Syrop, olej i woda tworzą oddzielne warstwy. Ciecz, która ma mniejszą gęstość, wypływa na powierzchnię. Ta o większej gęstości opada na dno.

Źródło: licencja: CC BY 3.0. Olej i woda różnią się gęstością. Ciecz o większej gęstości zawsze opadnie na dno

Woda i oliwa są cieczami, które nie mieszają się ze sobą. Jednak to woda ma większą gęstość niż oliwa, dlatego opada na dno, a oliwa zawsze wypłynie na powierzchnię.

Podsumowanie

  • Każda substancja ma określoną gęstość.

  • Gęstość to stosunek masy ciała do jego objętości.

  • Na wodzie unoszą się te przedmioty, których gęstość jest mniejsza od gęstości wody, a toną te, których gęstość jest większa od gęstości wody.

Praca domowa
Polecenie 2.1

Weź kawałek plasteliny i wrzuć do wody. Następnie z tego samego kawałka ulep łódkę i postaw na wodzie. Jak wytłumaczysz zaobserwowane różnice? Spróbuj obciążyć łódkę ładunkiem, np. grochem.

Słowniczek

gęstość

właściwość substancji, która określa ilość masy zawartej w jednostce objętości

Zadania

Ćwiczenie 1
Ćwiczenie 2
Ćwiczenie 3
Ćwiczenie 4