Номер 2, страница 114 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Проекты и исследования. Итоги главы 2. Глава 2. Взаимодействие тел - номер 2, страница 114.

Условие.

2. «Плотности земные и космические» (возможная форма: презентация, викторина, таблица).

Решение.

Решение 2.

Плотность — это физическая величина, которая определяется как отношение массы тела к его объему. Она показывает, какая масса вещества заключена в единице объема. Математически это выражается формулой: $\rho = \frac{m}{V}$, где $\rho$ — это плотность, $m$ — масса, а $V$ — объем. В Международной системе единиц (СИ) плотность измеряется в килограммах на кубический метр ($кг/м^3$). Вселенная демонстрирует невероятный диапазон плотностей, от почти полного вакуума межзвездного пространства до невообразимо плотного вещества внутри нейтронных звезд.

Плотности земные

На Земле мы сталкиваемся с веществами и объектами, плотность которых сильно различается. Вот несколько примеров:

• Газы: Плотность воздуха у поверхности Земли при нормальных условиях составляет примерно $1.225 \text{ кг/м}^3$.
• Жидкости: Плотность пресной воды, часто используемая как эталон, равна $1000 \text{ кг/м}^3$.
• Твердые тела: Плотность древесины (например, сосны) составляет около $400-500 \text{ кг/м}^3$, поэтому она плавает в воде. Гранит, типичная горная порода, имеет плотность около $2700 \text{ кг/м}^3$.
• Металлы: Плотность железа — $7874 \text{ кг/м}^3$. Самый плотный из стабильных химических элементов на Земле — осмий, его плотность достигает $22590 \text{ кг/м}^3$.
• Планета Земля: Если взять всю нашу планету целиком, ее средняя плотность составит $5515 \text{ кг/м}^3$. Это значение выше, чем плотность пород земной коры, что говорит о наличии очень плотного металлического ядра в ее центре.

Плотности космические

В космосе разброс значений плотности еще более поразителен.

• Межзвездная среда: Пространство между звездами заполнено чрезвычайно разреженным газом и пылью. Плотность здесь ничтожно мала и колеблется от $10^{-21}$ до $10^{-18} \text{ кг/м}^3$.
• Планеты-гиганты: Средняя плотность Сатурна — всего $687 \text{ кг/м}^3$. Это меньше плотности воды, поэтому, гипотетически, Сатурн мог бы плавать в гигантском океане. Юпитер несколько плотнее — $1326 \text{ кг/м}^3$.
• Звезды: Средняя плотность нашего Солнца — около $1410 \text{ кг/м}^3$. Однако в его ядре из-за колоссального давления и температуры плотность достигает $1.5 \times 10^5 \text{ кг/м}^3$.
• Белые карлики: Это «мертвые» звезды, ядра бывших звезд типа Солнца. Их вещество сжато до состояния, называемого вырожденным газом. Плотность белого карлика может достигать $10^9 \text{ кг/м}^3$. Чайная ложка такого вещества весила бы на Земле как легковой автомобиль.
• Нейтронные звезды: Это остатки после взрывов массивных звезд (сверхновых). Они почти полностью состоят из нейтронов, упакованных так же тесно, как в атомном ядре. Их плотность невероятна: от $10^{17}$ до $10^{18} \text{ кг/м}^3$. Чайная ложка вещества нейтронной звезды весила бы больше, чем все человечество вместе взятое.
• Черные дыры: Говорить о плотности черной дыры сложно. В ее центре (сингулярности) плотность считается бесконечной. Однако если рассчитать среднюю плотность в объеме, ограниченном горизонтом событий, результат окажется удивительным. Для сверхмассивных черных дыр эта средняя плотность может быть меньше плотности воды или даже воздуха.

Сравнительная таблица плотностей

Для наглядного сравнения различных плотностей приведем их значения в таблице.

Объект / Вещество	Тип	Примерная плотность, $кг/м^3$
Межзвездная среда	Космическая	$10^{-21} - 10^{-18}$
Воздух (при н.у.)	Земная	$1.225$
Сатурн (средняя)	Космическая	$687$
Вода	Земная	$1000$
Солнце (средняя)	Космическая	$1410$
Земля (средняя)	Земная	$5515$
Осмий	Земная	$22590$
Ядро Солнца	Космическая	$1.5 \times 10^5$
Белый карлик	Космическая	$10^9$
Нейтронная звезда	Космическая	$10^{17} - 10^{18}$

Ответ: Таблица наглядно показывает колоссальный диапазон плотностей во Вселенной: от практически невесомой межзвездной среды до сверхплотного вещества в недрах нейтронных звезд. Плотности земных объектов занимают лишь небольшую часть этого спектра.

Викторина «Плотности земные и космические»

Проверьте свои знания с помощью небольшой викторины.

1. Какой объект Солнечной системы имеет среднюю плотность меньше, чем у воды?
2. Расположите следующие объекты в порядке возрастания их средней плотности: Земля, Солнце, Сатурн.
3. Какой химический элемент, встречающийся на Земле, является самым плотным?
4. Что плотнее: вещество белого карлика или вещество в ядре Солнца?
5. Объект, чайная ложка вещества которого весила бы на Земле миллиарды тонн, — это...

Ответ:

1. Сатурн.
2. Сатурн ($687 \text{ кг/м}^3$), Солнце ($1410 \text{ кг/м}^3$), Земля ($5515 \text{ кг/м}^3$).
3. Осмий.
4. Вещество белого карлика (плотность ~$10^9 \text{ кг/м}^3$) значительно плотнее вещества в ядре Солнца (плотность ~$1.5 \times 10^5 \text{ кг/м}^3$).
5. Нейтронная звезда.