Механическое движение вещества. Масса тела. Плотность.

Механическое движение вещества. Масса тела. Плотность.
  1. Кинематика
  2. Относительность движения
  3. Система отсчета
  4. Масса тела
  5. Плотность вещества

Под механическим движением понимается изменение положение тела или же его отдельных частей относительно других тел с течением времени. Движение является неотъемлемым свойством материи.

Кинематика

Традиционно изучение механики начинается с кинематики.

Под кинематикой понимается раздел механики, рассматривающий методы описания механического движения веществ без разбора причин изменения характера их передвижения. Рассматривание причин происходит в других разделах механики.

Пространство обладает следующими свойствами:

  • трехмерность;
  • однородность;
  • непрерывность;
  • бесконечность.

Время имеет схожие свойства:

  • однородность;
  • непрерывность;
  • бесконечность.

Система координат, которая связанна с телом отсчета, а также прибор для измерения времени называются системой отсчета. Линия, вдоль которой происходит движение тела – траектория движения. К примеру, Земля вокруг Солнца движется по кривой линии. Аналогичным образом происходит движение Луны вокруг Земли. Молекулы газа движутся по ломанной линии.

Передвижением точки за определенный временной отрезок наименовывают направленный отрезок прямой, начальное положение которого совпадает с начальным положением точки, а конец – с последним положением. Передвижение такого тела выявляется только начальной и конечной координатами, а также не зависит от перемещения тела в рассматриваемый временной промежуток.

К основным примерам механического движения можно отнести:

  • движение транспорта;
  • перемещение маятника;
  • движение молекул.

Путь является длиной траектории, которую прошло тело. Иными словами, это все расстояние, которое было пройдено точечным телом за определенный временной промежуток.

В случаях, когда тело не изменяло направления во время движения, пройденный путь будет равен модулю его перемещения. Если же тело в рассматриваемый временной промежуток изменяло собственное направление, то путь будет больше модуля изменения координаты и перемещения тела.

Путь является неотрицательной величиной. Он может быть равен 0 только тогда, когда в течение рассматриваемого временного промежутка тело стояло на месте.

Существует два вида траекторий:

  1. Криволинейная. Траектория является кривой линией.
  2. Прямолинейная. Движение тела происходит по прямой линии.

Относительность движения

Если говорить об относительности движения, то для описания положения такого тела в пространстве следует выполнить следующие действия:

  1. Выбор тела отсчета.
  2. Выбор начала отсчета.
  3. Осуществление связи оси координат, которая проходит через начальную точку отсчета в необходимом направлении с телом.
  4. Указание единицы длины.

Стоит заметить, что интервал от старта отсчета до рассматриваемого тела, который выражен в выбранных единицах длины, а также взят с соответствующим знаком, наименовывается координатой данного тела.

Система отсчета

В случае, когда координата тела не меняется в определенные промежутки времени в выбранной системе отсчета, то это тело является неподвижным. Иными словами, оно покоится.

Если же эта координата увеличивается, тогда тело перемещается в положительном направлении оси координат. Если координата, наоборот, уменьшается, тогда тело перемещается в отрицательном направлении оси координат.

Масса тела

Любое тело притягивается к другому. Такое явление называется гравитацией. Альтернативное наименование – явление всемирного тяготения. Чем больше масса тела, тем больше гравитационное притяжение.

Под массой тела понимается мера инертности тела.  У тела с большей массой, меньшее изменение скорости при одинаковом воздействии. Измерение массы осуществляется при помощи взвешивания.

Для взвешивания используется специальный прибор для измерения массы под названием весы. К примеру, механизм работы рычажных весов основан на проведении процедуры сравнения гравитационного притяжения взвешиваемого тела с гравитационным притяжением гирек к Земле.

Один килограмм – единица массы в СИ.

Существуют следующие виды весов:

  1. Электронные.
  2. Рычажные.
  3. Пружинные.

Измерение массы при помощи весов является наиболее древним методом. Таким образом осуществляли взвешивание жители Древнего Египта еще четыре тысячи лет назад. В современном мире конструкции весов имеют разнообразные размеры и очертания. В наше время при помощи весов можно определить массу сверхмалых элементов и тяжелейших грузов.

Не бывает мгновенного изменения скорости у какого-либо тела. Для изменения скорости необходим определенный промежуток времени.

Под инертностью тел понимается особое их свойство требовать определенного временного промежутка для изменения своей скорости. Инертность применяется для измерения массы тела с использованием метода взаимодействия со вторым телом, масса которого известна.

«Инертная масса» и «гравитационная масса» не имеют различий, поэтому свойства тел характеризуют при помощи одной величины.

К основным свойствам массы относится:

  1. Одинаковость во всех направлениях инертных свойств тел.
  2. Независимость от характера перемещения точки.
  3. Независимость от физических условий (температура окружающей среды, наличие гравитационных или же электромагнитных полей), в которых располагается тело.
  4. Аддитивность – масса составного тела равна массе его частей.
  5. Закон сохранения массы – масса замкнутой системы не изменяется при различных механических процессах, которые происходят в данной системе.

Плотность вещества

Любое вещество занимает определенный объем. Бывает так, что объемы 2-х тел равны, а массы, наоборот, имеют разные показатели. В таком случае говорят о том, что плотности данных веществ различны.

К примеру, есть кусок железа, масса которого равняется одному килограмму. Также есть кусок дерева с такой же массой – один килограмм. Объем у дерева больше, чем у железного куска. Плотность же древесного куска меньше, чем плотность железного, так как его молекулы имеют не такое плотное прилегание друг к другу.

В физике плотность обозначается буквой греческого алфавита - ρ (ро).

В итоге получаем следующую простую формулу:

ρ=m/V

V - объем, а m – масса.

Под плотностью вещества понимается частное, полученное от деления массы какого-либо вещества на его объем. При измерении плотности используется следующая единица: 1 кг/м³.

Разберем несколько простых примеров для понимания:

Плотность железа = 7900 кг/м³. 1м³ = 7900 килограмм.

Плотность воды 1000 кг/м³. 1м³ равен 1000 килограмм.

Используя другой способ выражения получаем, что плотность воды = 1г/см³, следовательно, 1 см³ воды = один грамм.

Плотность веществ имеет разные показатели в различных состояниях. К примеру, плотность плавленого железа имеют меньшую плотность по сравнению с твердым железом.

Стоит заметить, что плотности веществ могут иметь колоссальные различия. Вещество, имеющее самые высокие показатели плотности, располагается не нашей планете. Плотность звезды под наименованием Сириус Б, имеет такую большую плотность, что масса коробка для спичек из данного вещества равнялась бы ста двадцати семи тоннам.

Плотность показывает, чему равна масса вещества, которая взята в объеме один кубический метр или же один кубический сантиметр.

Под средней плотностью вещества понимается физическая величина, которая равна отношению массы вещества к его объему.

В случае, когда тело является однородным, то есть имеет в своем составе одно вещество, тогда средняя его плотность равняется плотности его вещества.

Плотность напрямую зависит от двух факторов:

  1. Температура. Повышенные показатели температуры снижают плотность. Этот момент имеет отношение к термическому расширению, когда при неизменяемой массе происходит увеличение объема.
  2. Состояние.

Обычно, при уменьшении температурных показателей происходит увеличение плотности, но существуют и такие вещества, плотность которых ведет себя другим образом (чугун, вода, бронза). Плотность воды обладает максимальным значением при температуре 4 °C и уменьшается как с понижением, так и с повышением температурных показателей относительно данного значения.

Изменение агрегатного состояния скачкообразно влияет на плотность вещества.

Уменьшение плотности любого вещества происходит при переходе в газообразное агрегатное состояние. Уменьшение происходит и при переходе в жидкое состояние из твердого.

Существует только два исключения:

  1. Лед.
  2. Вода.

Рассмотрим в табличных форматах плотность различных веществ при температуре равной 20 °C.

Твердые вещества:

Бетон

2300

Кирпич

1800

Лед

900

Мрамор

2700

Парафин

900

Пробка

240

Сосна сухая

500

Стекло оконное

2500

Стекло органическое

1200

Фарфор

2300

Алюминий

2700

Золото

19000

Латунь

8300-8700

Медь

8900

Олово

7300

Свинец

11300

Серебро

10500

Сталь

7700-7900

Чугун

7000-7800

Цинк

7100

Сыпучие вещества:

Гравий

1500-1700

Картофель

660-680

Песок

1200-1700

Уголь

800-850

Жидкости:

Ацетон

780

Бензин

730

Вода пресная

1000

Вода морская

1030

Керосин

800

Масло машинное

910

Масло подсолнечное

930

Молоко цельное

1030

Мед

1350

Нефть

730-940

Ртуть

13500

Ртуть (0 °C)

13600

Спирт этиловый

790

Эфир этиловый

710

Дополнительно рассмотрим газы при нулевой температуре, а также сжиженные газы при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении:

Азот

1.25

850

Водород

0.09

72

Воздух

1.29

861

Гелий

0.18

147

Кислород

1.43

1150

Углекислый газ

1.98

-

Атмосферное давление тоже оказывает влияние на плотность веществ. Плотность возрастает при увеличении давления всех тел, включая атмосферный воздух.

В современном мире исследователи занимаются составлением специальных таблиц плотности разных веществ. Самые большие показатели имеют следующие металлы:

  • платины;
  • золото;
  • осмий;
  • иридий.

Каждый из вышеприведенных материалов обладает высочайшей прочностью.

Средние показатели плотности имеют следующие материалы:

  • стекло;
  • бетон;
  • алюминий.

Материалы, приведенные выше, обладают особыми техническими характеристиками и обычно применяются в строительно-ремонтной сфере.

Самые маленькие показатели плотности имеют следующие материалы:

  • пробка;
  • сухая сосна.

Это свойство позволяет им не тонуть в воде.

Примеры расчета плотности вещества

Разберем расчет плотности вещества на нескольких конкретных примерах.

Первый пример. Канистра, объем которой составляет тридцать литров наполнена бензином. Мааса полной канистры = 21,3 килограмма. Необходимо рассчитать плотность бензина.

Первоначально необходимо перевести литры в кубические метры. Один литр равен 0,001 кубическому метру.

30⋅0,001=0,03 м3.

Зная формулу определения плотности, можно легко вычислить плотность бензина.

Формула: ρ= V/m.

ρ =21,3кг/0,03м3 = 710 кг/м3.

Второй пример. Деревянный брус из березы обладает следующими параметрами:

  • длина – 3 метра;
  • высота – 10 сантиметров;
  • ширина – 50 сантиметров.

Масса бруса – 75 килограмм. Необходимо найти плотность березы.

Первоначально следует вычислить объем бруса путем произведения всех его сторон, предварительно, переведя их в метры.

V=a⋅b⋅c=3м⋅0,1м⋅0,5м=0,15м3.

Далее необходимо применить известную формулу нахождения плотности: ρ= V/m.

ρ =75кг/0,15м3 = 500 кг/м3.

Если тело имеет простую форму, то вычисление его объема необходимо производить с применением соответствующих геометрических формул. К примеру, если тело обладает формой прямоугольного параллелепипеда, то объем будет равняться произведению длин всех его рёбер.

Если же тело является сложной геометрической фигурой, то следует условно разбить его на несколько простых, отыскать объем каждой, а затем суммировать полученные результаты.

В случаях, когда тело невозможно разделить на простые фигуры, необходимо воспользоваться методикой Архимеда: опустить тело в воду, а затем произвести измерение вытесненной воды. Если тело не будет тонуть, то нужно утопить его с использованием специальной тонкой палочки.


Поделитесь с друзьями или коллегами!



Посмотрите и другие темы:

Соединения химических элементов

Степень окисления. Основные, кислотные и амфотерные оксиды. Основания. Кислоты и их реакции. Соли и их классификация. Получение солей. Соли и их реакции. Аморфные и кристаллические вещества. Чистые вещества и смеси, состав смесей. Решение задач на смеси. Физические явления в химии как основа разделения смесей.

29.12.2020
Древний Рим

Узнайте много нового о самых значимых событиях в истории этого древнего государства и о самых увлекательных фактах из жизни римлян в античные времена.

21.12.2021
Древний Египет

Возникновение государства в Древнем Египте. Земледельцы и ремесленники. Фараоны, жрецы и чиновники. Храмы и пирамиды Древнего Египта.

05.06.2020