Задание №2, страница 61 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Филонович, Петрова

ЗАДАНИЕ № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ МАТЕРИАЛА СТЕНОК ПОЛОГО ТЕЛА

Цель работы: определить плотность материала, из которого изготовлены стенки полого тела.

Оборудование: полое тело с доступом к полости, стакан, шприц, бутылка с водой, фломастер для нанесения отметок на стакан.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. Запишите формулу для расчёта плотности материала, из которого изготовлены стенки исследуемого полого тела.

2. Предложите способ определить массу полого тела, используя выданное вам оборудование. Зарисуйте схему проведения измерений.

3. Определите массу описанным способом. Запишите ваши расчёты и полученное значение.

4. Предложите способ определения объёма стенок исследуемого тела в рамках доступного оборудования.

5. Определите объём стенок описанным способом и запишите полученное значение.

6. Определите плотность материала стенок полого тела.

1. Запишите формулу для расчёта плотности материала, из которого изготовлены стенки исследуемого полого тела.

Плотность материала ($\rho_{материала}$) определяется как отношение массы тела ($m_{тела}$) к объёму материала, из которого оно состоит ($V_{стенок}$).

Формула для расчёта плотности материала стенок:

$\rho_{материала} = \frac{m_{тела}}{V_{стенок}}$

Ответ:$\rho_{материала} = \frac{m_{тела}}{V_{стенок}}$

2. Предложите способ определить массу полого тела, используя выданное вам оборудование. Зарисуйте схему проведения измерений.

Так как в оборудовании отсутствуют весы, массу тела можно определить, используя закон Архимеда для плавающих тел. Если тело плавает, то его вес равен весу вытесненной им жидкости (воды). Отсюда масса тела равна массе вытесненной воды.

$m_{тела} = m_{выт.воды}$

Массу вытесненной воды можно найти, зная её объём ($V_{погруж}$) и плотность ($\rho_{воды} \approx 1000 \text{ кг/м}^3$):

$m_{выт.воды} = \rho_{воды} \cdot V_{погруж}$.

Следовательно, $m_{тела} = \rho_{воды} \cdot V_{погруж}$.

Для определения объёма погружённой части тела ($V_{погруж}$) необходимо выполнить следующие действия:

1. Налить в стакан воду и отметить фломастером её начальный уровень.

2. Аккуратно опустить в стакан полое тело. Тело будет плавать.

3. Отметить фломастером новый, более высокий уровень воды.
4. Вынуть тело из воды.

5. С помощью шприца, объём которого известен, добавлять воду в стакан от начальной отметки до конечной. Суммарный объём добавленной воды будет равен объёму погружённой части тела $V_{погруж}$.

Схема проведения измерений:

На схеме необходимо изобразить стакан с водой. В стакане плавает исследуемое тело. Двумя горизонтальными линиями (штрихами) отмечены начальный уровень воды (без тела) и конечный уровень воды (с плавающим телом). Рядом со стаканом изображен шприц, с помощью которого измеряется объём воды между отметками. Объём вытесненной воды обозначен как $V_{погруж}$.

Ответ: Массу тела можно определить по формуле $m_{тела} = \rho_{воды} \cdot V_{погруж}$, где $V_{погруж}$ — объём вытесненной воды, измеряемый с помощью стакана с метками и шприца.

3. Определите массу описанным способом. Запишите ваши расчёты и полученное значение.

Предположим, что в ходе эксперимента был измерен объём погружённой части тела.

Дано:

$V_{погруж} = 50 \text{ мл}$

$\rho_{воды} = 1000 \text{ кг/м}^3$

Перевод в СИ:

$V_{погруж} = 50 \text{ мл} = 50 \text{ см}^3 = 50 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$

Найти:

$m_{тела}$

Решение:

Масса тела равна массе вытесненной им воды при плавании:

$ m_{тела} = \rho_{воды} \cdot V_{погруж}$

$m_{тела} = 1000 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} \cdot 50 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 0.05 \text{ кг}$

Ответ:$m_{тела} = 0.05 \text{ кг}$ (или 50 г).

4. Предложите способ определения объёма стенок исследуемого тела в рамках доступного оборудования.

Объём стенок ($V_{стенок}$) можно найти как разность между внешним (полным) объёмом тела ($V_{внешний}$) и объёмом его внутренней полости ($V_{полости}$): $V_{стенок} = V_{внешний} - V_{полости}$. Оба этих объёма можно измерить с помощью имеющегося оборудования.

1. Определение внешнего объёма ($V_{внешний}$):
Внешний объём тела равен объёму воды, который оно вытесняет при полном погружении. Для измерения нужно налить воду в стакан, отметить уровень, затем полностью погрузить тело в воду (поскольку оно плавает, его нужно либо утяжелить, наполнив полость водой, либо притопить с помощью тонкого предмета, объёмом которого можно пренебречь). Новый уровень воды отмечается, и объём вытесненной воды ($V_{внешний}$) измеряется с помощью шприца, как в пункте 2.

2. Определение объёма полости ($V_{полости}$):
Так как тело имеет доступ к полости, её объём можно измерить напрямую. Для этого необходимо с помощью шприца полностью заполнить полость водой. Суммарный объём воды, который потребовался для заполнения, будет равен объёму полости $V_{полости}$.

Ответ: Объём стенок определяется по формуле $V_{стенок} = V_{внешний} - V_{полости}$, где $V_{внешний}$ измеряется методом вытеснения воды при полном погружении тела, а $V_{полости}$ — методом заполнения полости водой с помощью шприца.

5. Определите объём стенок описанным способом и запишите полученное значение.

Предположим, что в ходе эксперимента были измерены внешний объём тела и объём его полости.

Дано:

$V_{внешний} = 80 \text{ мл}$
$V_{полости} = 60 \text{ мл}$

Перевод в СИ:

$V_{внешний} = 80 \text{ мл} = 80 \text{ см}^3 = 80 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$
$V_{полости} = 60 \text{ мл} = 60 \text{ см}^3 = 60 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$

Найти:

$V_{стенок}$

Решение:

Объём стенок равен разности внешнего объёма и объёма полости:

$ V_{стенок} = V_{внешний} - V_{полости}$

$V_{стенок} = 80 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 - 60 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3 = 20 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$

Ответ:$V_{стенок} = 20 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$ (или 20 см³).

6. Определите плотность материала стенок полого тела.

Используем значения массы тела и объёма стенок, полученные в предыдущих пунктах.

Дано:

$m_{тела} = 0.05 \text{ кг}$ (из п. 3)

$V_{стенок} = 20 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3$ (из п. 5)

Найти:

$\rho_{материала}$

Решение:

Плотность материала рассчитывается по формуле:

$\rho_{материала} = \frac{m_{тела}}{V_{стенок}}$

$\rho_{материала} = \frac{0.05 \text{ кг}}{20 \cdot 10^{-6} \text{ м}^3} = \frac{5 \cdot 10^{-2}}{20 \cdot 10^{-6}} \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} = 0.25 \cdot 10^4 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} = 2500 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3}$

Ответ:$\rho_{материала} = 2500 \text{ кг/м}^3$.