Номер 3, страница 69 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Глава 3. Давление твёрдых тел, жидкостей и газов. Самостоятельные работы. СР-38. Плавание тел. Вариант № 2 - номер 3, страница 69.

Решение.

Большую плотность имеет вода.

Решение

Это утверждение можно доказать несколькими способами.

1. Наблюдение и закон Архимеда

Самое простое доказательство основано на повседневном наблюдении: лёд плавает на поверхности воды. Согласно закону Архимеда, тело плавает в жидкости, если его плотность меньше плотности жидкости. Таким образом, из того факта, что лёд плавает в воде, следует, что плотность льда меньше плотности воды.

2. Молекулярная структура

Причина этого явления кроется в особенностях строения молекул воды ($H_2O$) и водородных связей между ними. В жидком состоянии молекулы воды расположены довольно плотно и хаотично. При замерзании (при 0°C) молекулы выстраиваются в упорядоченную кристаллическую решётку. Эта структура имеет шестигранную (гексагональную) форму и является "ажурной", то есть содержит пустоты. Из-за этих пустот то же количество молекул воды в твёрдом состоянии (в виде льда) занимает больший объём, чем в жидком. Плотность ($ \rho $) вычисляется по формуле $ \rho = \frac{m}{V} $, где $\text{m}$ — масса, а $\text{V}$ — объём. Поскольку при замерзании масса воды не меняется ($ m = \text{const} $), а её объём увеличивается ($ V_{льда} > V_{воды} $), то плотность льда оказывается меньше плотности воды ($ \rho_{льда} < \rho_{воды} $).

3. Численные значения

Сравнение справочных значений плотности также подтверждает этот вывод. Плотность пресной воды максимальна при температуре около 4°C и составляет приблизительно $ \rho_{воды} \approx 1000 \text{ кг/м}^3 $. Плотность льда при температуре 0°C составляет $ \rho_{льда} \approx 917 \text{ кг/м}^3 $. Сравнивая эти значения, мы видим, что $1000 \text{ кг/м}^3 > 917 \text{ кг/м}^3$.

Ответ: большую плотность имеет вода. Это доказывается тем, что лёд плавает на её поверхности, а также особенностями строения кристаллической решётки льда, которая занимает больший объём по сравнению с тем же количеством вещества в жидком состоянии, что приводит к меньшей плотности.