Покажем, как применять знание физики в жизни
Начать учиться
Есть такая детская загадка: что тяжелее килограмм ваты или килограмм гвоздей? Кажется, что гвозди тяжелее, а потом понимаешь, что килограмм — он и в Африке килограмм. Но почему же создается такая иллюзия?
Начнем с самого сложного — с массы. Казалось бы, это понятие мы слышим с самого детства, примерно знаем, сколько в нас килограмм, и ничего сложного здесь быть не может. На самом деле, все сложнее.
До недавнего времени в Международном бюро мер и весов в Париже хранился цилиндр массой один килограмм. Цилиндр был изготовлен из сплава иридия и платины и служил для всего мира эталоном килограмма. Правда, со временем его масса изменилась, и пришлось придумать новый эталон — электромагнитные весы.
Высота этого цилиндра была приблизительно равна 4 см, но чтобы его поднять, нужно было приложить немалую силу.
Необходимость эту силу прикладывать обуславливается инерцией тел и математически записывается через второй закон Ньютона.
Второй закон Ньютона F — сила [Н] m — масса [кг] a — ускорение [м/с2] |
В этом законе массу можно считать неким коэффициентом, который связывает ускорение и силу. Также масса важна при расчете силы тяготения. Она является мерой гравитации: именно благодаря ей тела притягиваются друг к другу.
Закон всемирного тяготения F — сила тяготения [Н] M — масса первого тела (часто планеты) [кг] m — масса второго тела [кг] R — расстояние между телами [м] G — гравитационная постоянная G = 6,67 · 10−11м3 · кг−1 · с−2 |
Когда мы встаем на весы, стрелка отклоняется.
Это происходит потому, что масса Земли очень большая, и сила тяготения буквально придавливает нас к поверхности. На более легкой Луне человек весит меньше в шесть раз. Когда думаешь об этом, хочется взвешиваться исключительно на Луне. 🙃
Пятерка по физике у тебя в кармане!
Решай домашку по физике на изи. Подробные решения помогут разобраться в сложной теме и получить пятерку!
Физики убеждены, что у элементарных частиц должна быть масса. Доказано, что у электрона, например, масса есть. В противном случае они не могли бы образовать атомы и всю видимую материю.
Вселенная без массы представляла бы собой хаос из различных излучений, двигающихся со скоростью света. Не существовало бы ни галактик, ни звезд, ни планет. Здорово, что это не так, и у элементарных частиц есть масса. Только вот пока непонятно, откуда эта масса у них берется.
Мужчину на этой фотографии зовут Питер Хиггс.
Ему мы обязаны за предположение, экспериментально доказанное в 2012 году, что массу всех частиц создает некий бозон.
Источник: Википедия
Бозон Хиггса невозможно представить. Это точно не частица в форме шарика, как обычно рисуют электрон в учебнике. Представьте, что вы бежите по песку. Бежать ощутимо сложно, как будто бы увеличилась масса. Частицы пробираются в поле Хиггса и получают таким образом массу.
Объем — это физическая величина, которая показывает, сколько пространства занимает тело. Это важный навык — уметь объемы соотносить. Например, чтобы посчитать, сколько пластиковых шариков помещается в гигантский бассейн.
Скажем, чтобы рассчитать объем прямоугольного параллелепипеда, нам нужно перемножить три его параметра.
Формула объема параллелепипеда V = abc V — объем [м a — длина [м] b — ширина [м] c — высота [м] |
А для цилиндра будет справедлива такая формула:
Формула объема цилиндра V = Sh V — объем [м3] S — площадь основания [м2] h — высота [м] |
Плотность — скалярная физическая величина.
Формула плотности вещества р = m/V р — плотность вещества [кг/м3] m — масса вещества [кг] V — объем вещества [м3] |
Плотность зависит от температуры, агрегатного состояния вещества и внешнего давления. Обычно если давление увеличивается, то молекулы вещества утрамбовываются плотнее — следовательно, плотность больше. А рост температуры, как правило, приводит к увеличению расстояний между молекулами вещества — плотность понижается.
Маленькое исключение
Исключение составляет вода.
Так, плотность воды меньше плотности льда. Объяснение кроется в молекулярной структуре льда. Когда вода переходит из жидкого состояния в твердое, она изменяет молекулярную структуру так, что расстояние между молекулами увеличивается. Соответственно, плотность льда меньше плотности воды.
Ниже представлены значения плотностей для разных веществ. В дальнейшем это поможет при решении задач.
Твердое вещество | кг/м3 | г/см3 |
Платина | 21500 | 21,5 |
Золото | 19300 | 19,3 |
Вольфрам | 19000 | 19,0 |
Свинец | 11400 | 11,4 |
Серебро | 10500 | 10,5 |
8900 | 8,9 | |
Никель | 8800 | 8,8 |
Латунь | 8500 | 8,5 |
Сталь, железо | 7900 | 7,9 |
Олово | 7300 | 7,3 |
Цинк | 7100 | 7,1 |
Чугун | 7000 | 7,0 |
Алмаз | 3500 | 3,5 |
Алюминий | 2700 | 2,7 |
Мрамор | 2700 | 2,7 |
Гранит | 2600 | 2,6 |
Стекло | 2600 | 2,6 |
Бетон | 2200 | 2,2 |
Графит | 2200 | 2,2 |
Лёд | 900 | 0,9 |
Парафин | 900 | 0,9 |
Дуб (сухой) | 700 | 0,7 |
Берёза (сухая) | 650 | 0,65 |
Пробка | 200 | 0,2 |
Платиноиридиевый сплав | 21500 | 21,5 |
Жидкость | кг/м3 | г/см3 |
Ртуть | 13600 | 13,6 |
Мёд | 1300 | 1,3 |
Глицерин | 1260 | 1,26 |
Молоко | 1036 | 1,036 |
Морская вода | 1030 | 1,03 |
Вода | 1000 | 1 |
Подсолнечное масло | 920 | 0,92 |
Нефть | 820 | 0,82 |
Спирт | 800 | 0,8 |
Бензин | 700 | 0,7 |
Газ | кг/м3 |
Хлор | 3,22 |
Озон | 2,14 |
Пропан | 2,02 |
Диоксид углерода | 1,98 |
Кислород | 1,43 |
Воздух | 1,29 |
Азот | 1,25 |
Гелий | 0,18 |
Водород | 0,09 |
Где самая большая плотность?
Самая большая плотность во Вселенной — в черной дыре.
Плотность черной дыры составляет около 1014 кг/м3.
Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!
В школьном курсе чаще всего говорят о средней плотности тела. Дело в том, что если мы рассмотрим какое-нибудь неоднородное тело, то в одной его части будет, например, большая плотность, а в другой — меньшая.
Если вы когда-то делали ремонт, то знакомы с такой вещью, как цемент. Он состоит из двух веществ: клинкера и гипса. Значит нам нужно отдельно найти плотность гипса, плотность клинкера по формуле, указанной выше, а потом найти среднее арифметическое двух плотностей. Можно сделать так.
А можно просто массу цемента разделить на объем цемента и мы получим ровно то же самое. Просто в данном случае мы берем не массу и объем вещества, а массу и объем тела.
Формула плотности тела р = m/V р — плотность тела [кг/м3] m — масса тела [кг] V — объем тела [м3] |
А теперь давайте тренироваться!
Задача 1
Цилиндр 1 поочерёдно взвешивают с цилиндром 2 такого же объёма, а затем с цилиндром 3, объем которого меньше (как показано на рисунке).
Какой цилиндр имеет максимальную среднюю плотность?
Решение:
Плотность тел прямо пропорциональна массе и обратно пропорциональна объему:
р = m/V
Исходя из проведенных опытов можно сделать следующие выводы:
1) масса первого цилиндра больше массы второго цилиндра при одинаковом объеме. Значит плотность первого цилиндра выше плотности второго.
2) масса первого цилиндра равна массе третьего цилиндра, объем которого меньше. Следовательно, плотность третьего цилиндра больше плотности первого цилиндра.
Таким образом, средние плотности цилиндров:
р2 < р1 < р3
Ответ: 3.
Задача 2
Шар 1 последовательно взвешивают на рычажных весах с шаром 2 и шаром 3 (как показано на рисунке).
Для объёмов шаров справедливо соотношение V1 = V3 < V2.
Какой шар имеет максимальную среднюю плотность?
Решение:
Из рисунка ясно, что масса шаров 1 и 2 равна — следовательно, плотность второго шара меньше, чем первого. Третий шар тяжелее, чем первый при одинаковом объёме, поэтому плотность третьего шара больше плотности первого. Таким образом, максимальную среднюю плотность имеет шар 3.
Ответ: 3
Задача 3
Найти плотность шара объемом 0,5 м3 и массой 1,5 кг.
Решение:
Возьмем формулу плотности и подставим в нее данные нам значения.
р = m/V
р = 1,5/0,5 = 3 кг/м3
Ответ: р = 3 кг/м3
Плавание тел
Почему шарик с гелием взлетает? Или мяч при игре в водное поло не тонет?
Жидкости и газы действуют на погруженные тела с выталкивающей силой.
Подробно это явление рассматривают в теме «Сила Архимеда». Если говорить простым языком: если плотность тела, погруженного в жидкость, больше плотности жидкости — тело пойдет ко дну. Если меньше – оно всплывет на поверхность.
Задача 1
Стальной шарик в воде падает медленнее, чем в воздухе. Чем это объясняется?
Решение:
Плотность воды значительно выше, чем воздуха, поэтому стальной шарик в воде падает медленнее
Задача 2
В таблице даны плотности некоторых твердых веществ. Если вырезать из этих веществ кубики, то какие кубики смогут плавать в воде? Плотность воды — 1000 кг/м3.
Название вещества | Плотность вещества, кг/м3 |
Алюминий | 2700 |
Парафин | 900 |
Плексиглас | 1200 |
Фарфор | 2300 |
Сосна | 400 |
Решение:
Плавать будут кубики, плотность которых меньше плотности воды, то есть сделанные из парафина или сосны.
Карина Хачатурян
К предыдущей статье
Длина волны
К следующей статье
136.2K
Основные агрегатные состояния вещества
Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению
Расскажем, как проходят занятия
Подберём курс
youtube.com/embed/nr8XJeew6X4″ frameborder=”0″ allowfullscreen=””> Вы начинаете знакомство с одной из интереснейших наук «физикой». Самые простые вещи, которые мы используем каждый день, такие как: телевизор, холодильник, мобильный телефон и многие другие – устроены на основе физических принципов и законов.
Слово «физика» появилось впервые в трудах греческого философа Аристотеля и означает «природа».
В России это слово стало известно благодаря величайшему деятелю науки – Михаилу Васильевичу Ломоносову.
Физика – одна из основных наук о природе.
Посмотрите вокруг: все, что нас окружает, находится в непрерывном движении, постоянно изменяется. Эти изменения называются «явлениями».
Явления – это изменения, происходящие с телами и веществами в окружающем мире.
Но ведь и другие науки изучают природу: биология, география, астрономия, химия.
Например, география изучает поведение ветров; химия – состав веществ, например, жидкостей, и их строение; астрономия – изменение положения звезд на небе.
Так какие же из явлений будет изучать физика?
Эта наука будет изучать физические явления.
Физические явления – это любые превращения вещества или проявления его свойств, происходящие без изменения состава вещества.
Кипение воды в кастрюле на плите, радуга, таяние льда, движение намагниченной стрелки компаса – все это физические явления.
Физические явления разделяют на:
• Механические. Например, движение автомобиля.
• Электрические. Например, молния, загорание лампочки.
• Магнитные. Положение стрелки компаса, притяжение магнитом мелких металлических предметов.
• Световые. Свечение лампочки, флуоресцентные, светящиеся в темноте игрушки.
• Тепловые. Таяние льда, закипание воды.
• Звуковые. Гром, звучание радио, звучание музыкальных инструментов.
Основная задача физики состоит в том, чтобы открывать и изучать законы, которые связывают между собой все эти различные физические явления.
Перед вами физические явления: cигнал будильника, таяние мороженого, полет стрелы, притяжение гвоздей к магниту, электризация шерстяного свитера, вспышка фотоаппарата.
К какой группе будут относиться эти явления: механические явления, электрические явления, магнитные явления, световые явления, тепловые явления, звуковые явления.
К механическим явлениям будет относиться полёт стрелы. К электрическим явлениям – электризация шерстяного свитера. К магнитным явлениям – притяжение гвоздей к магниту. Вспышка фотоаппарата – это световые явления. А таяние мороженого – к тепловым явлениям. Сигнал будильника будет относиться к звуковым явлениям.
Физика оперирует специальными словами – терминами. Сейчас мы познакомимся с некоторыми из них.
Посмотрите вокруг. Что вас окружает?
Все предметы и объекты вокруг вас, будь то книга, стол, человек, на «языке» физики называются физическим телом или просто – телом.
Чем отличаются физические тела друг от друга? Они имеют различную форму или объем.
Некоторые тела могут быть одинакового объема, но разной формы.
Например, перельем жидкость из цилиндрического сосуда в конусообразный сосуд, такого же объема. При этом объем жидкости сохраняется, но изменяется форма.
Некоторые тела могут иметь одинаковую форму, но разный объем.
На экране изображены предметы. В чем их отличие? (Картинка – две одинаковые линейки (2 чашки, 2шара, 2 цилиндра или др.) – одна деревянная, вторая металлическая или пластмассовая).
Тела могут состоять из различных веществ.
Вешалка – из пластмассы.
Стакан – из стекла.
Кольцо – из золота.
Лампочка – из стекла, меди, вольфрама.
Давайте еще раз вспомним основные понятия физики:
машина – физическое тело; то из чего состоит машина – вещество;
движение автомобиля – это физическое явление.
А теперь поработайте с физическими терминами самостоятельно.
Заполните таблицу. Определите, к какому физическому термину можно отнести следующие картинки: книга, водопад, золото, масло, Луна, таяние, эхо, подводная лодка?
|
Физическое тело |
Вещество |
Явление |
|
книга |
золото |
водопад |
|
Луна |
масло |
таяние |
|
подводная лодка |
|
эхо |
К физическим телам будут относиться: книга, Луна, подводная лодка; к веществам – золото и масло; к явлениям – водопад, таяние, эхо.
Сегодня мы приоткрыли завесу в этот удивительный и загадочный мир физики. Изучая физические законы, мы сможем лучше понять и объяснить различные физические явления, которые происходят с физическими телами, состоящих из различных веществ, различных по объему и массе.
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ
Выбрать репетитораОставить заявку на подбор
ведущий
Посмотреть все СМИ
Просмотреть весь соответствующий контент →
Резюме
свинец (Pb) , мягкий серебристо-белый или сероватый металл в группе 14 (IVa) периодической таблицы.
Свинец очень податлив, пластичен, плотен и является плохим проводником электричества. Известный в древности и считавшийся алхимиками старейшим из металлов, свинец очень прочен и устойчив к коррозии, о чем свидетельствует продолжающееся использование свинцовых водопроводных труб, установленных древними римлянами. Символ Pb для обозначения свинца является аббревиатурой латинского слова свинец, plumbum 9.0028 .
| atomic number | 82 | |
|---|---|---|
| atomic weight | 207.19 | |
| melting point | 327.5 °C (621.5 °F) | |
| boiling point | 1,744 ° C (3171,2 °F) | |
| плотность | 11,29 г/см 3 при 20 °C (68 °F) | |
| степени окисления | 59 904+2,0036 electron configuration | [Xe]4 f 14 5 d 10 6 s 2 6 p 2 or 1 s 2 2 s 2 2 P 6 3 S 2 3 P 6 3 D 10 4 S 2 4 P . 4 ж 14 5 с 2 5 p 6 5 d 10 6 s 2 6 p 2 |
Свинец часто упоминается в ранних библейских рассказах. Вавилоняне использовали металл в качестве пластин для записи надписей. Римляне использовали его для изготовления таблеток, водопроводных труб, монет и даже кухонной утвари; действительно, в результате последнего употребления отравление свинцом было признано во времена Августа Цезаря. Соединение, известное как свинцовые белила, по-видимому, было приготовлено в качестве декоративного пигмента по крайней мере еще в 200 г. до н. э. Современные разработки относятся к разработке в конце 1700-х годов месторождений в районе Миссури-Канзас-Оклахома в Соединенных Штатах.
По весу свинец имеет почти такое же содержание в земной коре, как и олово. В космосе на 10 6 атомов кремния приходится 0,47 атома свинца.
Космическое изобилие сравнимо с изобилием цезия, празеодима, гафния и вольфрама, каждый из которых считается достаточно дефицитным элементом.
Хотя свинца не так уж много, процессы естественной концентрации привели к значительным месторождениям, имеющим коммерческое значение, особенно в Соединенных Штатах, а также в Канаде, Австралии, Испании, Германии, Африке и Южной Америке. Значительные месторождения находятся в США в западных штатах и долине Миссисипи. Редко встречающийся в природе в свободном виде, свинец присутствует в нескольких минералах, но все они имеют второстепенное значение, за исключением сульфида PbS (галенит или свинцовый блеск), который является основным источником производства свинца во всем мире. Свинец также содержится в англезите (PbSO 4 ) и церуссит (PbCO 3 ). К началу 21 века Китай, Австралия, США, Перу, Мексика и Индия были ведущими мировыми производителями свинца в концентрате.
Викторина «Британника»
Викторина «118 названий и символов периодической таблицы»
Свинец может быть извлечен путем обжига руды и последующей плавки в доменной печи или путем прямой плавки без обжига.
Дополнительная очистка удаляет примеси, присутствующие в слитках свинца, произведенных любым способом. Почти половина всего рафинированного свинца извлекается из переработанного лома. (Для промышленного производства см. обработка свинца.)
Известна только монокристаллическая модификация с плотноупакованной металлической решеткой. Свойства, которые обуславливают множество применений элементарного свинца, включают его пластичность, легкость сварки, низкую температуру плавления, высокую плотность и способность поглощать гамма-излучение и рентгеновское излучение. Расплавленный свинец является отличным растворителем и собирателем элементарного серебра и золота. Конструкционные применения свинца ограничены его низкой прочностью на растяжение и усталостной прочностью, а также его тенденцией к течению даже при небольшой нагрузке.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас
Свежевырезанный свинец быстро окисляется, образуя тускло-серое покрытие, ранее считавшееся субоксидом свинца, Pb 2 O, но теперь признанным смесью свинца и монооксида свинца, PbO, который защищает металл от дальнейшей коррозии.
Точно так же, хотя свинец растворим в разбавленной азотной кислоте, соляная или серная кислоты разрушают его только поверхностно, поскольку нерастворимый хлорид (PbCl 2 ) или сульфатные (PbSO 4 ) покрытия препятствуют продолжению реакции. Из-за этой общей химической стойкости значительное количество свинца используется в кровельных работах, в качестве покрытий для электрических кабелей, проложенных в земле или под водой, а также для облицовки водопроводных труб и трубопроводов и конструкций для транспортировки и обработки агрессивных веществ.
Элементарный свинец также может быть окислен до иона Pb 2+ ионами водорода, но нерастворимость большинства солей Pb 2+ делает свинец устойчивым к воздействию многих кислот. Окисление в щелочных условиях легче осуществить, и ему способствует образование растворимых частиц свинца в степени окисления +2. Оксид свинца (PbO 2 , со свинцом в виде иона Pb 4+ ) относится к числу более сильных окислителей в кислом растворе, но сравнительно слаб в щелочном растворе.
Легкость окисления свинца повышается за счет комплексообразования. Электроосаждение свинца лучше всего осуществляется из водных растворов, содержащих гексафторсиликат свинца и гексафторкремниевую кислоту.
Свинец имеет множество других применений, самое крупное из которых — производство аккумуляторных батарей. Применяется в боеприпасах (дробях и пулях), а также в составе припоев, типографских металлов, подшипниковых сплавов, легкоплавких сплавов и оловянных сплавов. В тяжелом и промышленном оборудовании листы и другие детали, изготовленные из соединений свинца, могут использоваться для гашения шума и вибрации. Поскольку свинец эффективно поглощает коротковолновое электромагнитное излучение, его используют в качестве защитного экрана вокруг ядерных реакторов, ускорителей частиц, рентгеновского оборудования и контейнеров, используемых для транспортировки и хранения радиоактивных материалов. Вместе с составным оксидом свинца (PbO 2 ) и со свинцово-сурьмяными или свинцово-кальциевыми сплавами он используется в обычных аккумуляторных батареях.
Источником тепла для нашей планеты является Солнце. Энергия солнца передается через космос и через земную атмосферу на земную поверхность. Поскольку эта энергия нагревает поверхность земли и атмосферу, часть ее является или становится тепловой энергией. Существует три способа передачи тепла в атмосферу и через нее:
Если вы стояли перед камином или возле костра, вы чувствовали передачу тепла, известную как излучение. Ближайшая к огню сторона вашего тела нагревается, в то время как другая сторона остается незатронутой жаром. Хотя вы окружены воздухом, воздух не имеет ничего общего с этой передачей тепла. Точно так же работают лампы накаливания, которые поддерживают температуру пищи. Радиация – это перенос тепловой энергии через пространство электромагнитным излучением.
Большая часть электромагнитного излучения, поступающего на Землю от Солнца, невидима.
Только небольшая часть приходит как видимый свет. Свет состоит из волн разной частоты. Частота — это количество повторений события в течение заданного времени. В электромагнитном излучении его частота – это количество электромагнитных волн, проходящих мимо точки каждую секунду.
Наш мозг интерпретирует эти различные частоты в цвета, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Когда глаз видит все эти разные цвета одновременно, он интерпретируется как белый. Солнечные волны, которые мы не видим, — это инфракрасные волны, частота которых ниже, чем у красного, и ультрафиолетовые волны, частота которых выше, чем у фиолетового света. [подробнее об электромагнитном излучении] Именно инфракрасное излучение вызывает ощущение тепла в нашем теле.
Большая часть солнечной радиации поглощается атмосферой, а большая часть того, что достигает земной поверхности, излучается обратно в атмосферу, превращаясь в тепловую энергию. Объекты темного цвета, такие как асфальт, поглощают лучистую энергию быстрее, чем объекты светлого цвета.
Однако они также излучают свою энергию быстрее, чем более светлые объекты.
Учебный урок: Тает в сумке, а не в руке
Теплопроводность — это передача тепловой энергии от одного вещества к другому или внутри вещества. Вы когда-нибудь оставляли металлическую ложку в кастрюле с супом, разогретым на плите? Через некоторое время ручка ложки станет горячей.
Это связано с передачей тепловой энергии от молекулы к молекуле или от атома к атому. Кроме того, когда объекты свариваются вместе, металл нагревается (оранжево-красное свечение) за счет передачи тепла от дуги.
Это называется теплопроводностью и является очень эффективным методом передачи тепла в металлах. Однако воздух плохо проводит тепло.
Конвекция — это передача тепловой энергии в жидкости. Этот тип нагрева чаще всего встречается на кухне с кипящей жидкостью.
Воздух в атмосфере действует как жидкость. Солнечные лучи падают на землю, нагревая скалы.
По мере того, как температура породы повышается из-за теплопроводности, тепловая энергия выделяется в атмосферу, образуя воздушный пузырь, который теплее окружающего воздуха. Этот пузырь воздуха поднимается в атмосферу. По мере подъема пузырек остывает, а тепло, содержащееся в пузыре, уходит в атмосферу.
По мере подъема массы горячего воздуха воздух заменяется окружающим более холодным и плотным воздухом, который мы ощущаем как ветер. Эти движения воздушных масс могут быть небольшими в определенном регионе, например, локальными кучевыми облаками, или большими циклами в тропосфере, охватывающими большие участки земли. Конвекционные потоки ответственны за многие погодные условия в тропосфере.
Не тепло, которое вы чувствуете, а ультрафиолетовое излучение солнца вызывает солнечные ожоги, которые приводят к раку кожи. Солнечное тепло не приводит к солнечному ожогу.
По данным Американской академии дерматологии, солнечный свет состоит из двух типов вредных лучей, достигающих земли: ультрафиолетовых лучей А (UVA) и ультрафиолетовых лучей B (UVB).