Объем и плотность тел

Как вам уже известно, любое тело занимает в природе определенное место, то есть имеет объем (рис. 30). Тело прямоугольной формы имеет объем, равный произведению его длины, ширины и высоты. Однако твердые тела неживой природы обычно имеют неправильную форму, и объемы таких тел узнают по вытесняемым ими объемам воды. Если камешек, опущенный в мензурку с водой, вытесняет 5 см3 воды, то его объем равен 5 см3 (рис. 31, 1). Объем камня большого размера можно узнать путем его взвешивания и разделения его веса на вес 1 см3 отколотого от него камешка.

Воздух занимает место (имеет объем)
Рис. 30. Воздух занимает место (имеет объем)
Определение объема и массы тела
Рис. 31. Определение объема тела неправильной формы путем вытеснения им воды (1); Cравнение масс тел одинаковой формы (2)

Объем жидких тел измеряют с помощью специальных сосудов с делениями. Для бытовых нужд выпускают стеклянные или иные емкости, вместимостью 0,5 л, 1 л, 2 л и более. Объем 1 л равен 1 дм3 или 1000 см3. Большие объемы жидкостей, например воды в водоемах, измеряют в кубометрах или в кубических километрах.

Об объеме газообразных тел судят по вместимости сосудов или пустот, которые они занимают полностью.

Тела разных видов при одинаковых объемах имеют разную массу. Например, 1 см3 мрамора тяжелее 1 см3 мела (рис. 31, 2). Связано это с тем, что частицы мрамора находятся между собой на более близком расстоянии, чем частицы мела, и, значит, во взятом объеме мрамора вещества больше, чем в таком же объеме мела.

Отношение массы тела к его объему, или количество вещества в единице объема, называют плотностью тела. За единицу плотности тел принята плотность чистой воды при температуре +4°С, один кубический сантиметр которой имеет массу, равную 1 г.

Плотность тела узнают делением его массы на его же объем. Измеряется плотность тела в граммах на кубический сантиметр (г/cм3), в килограммах на кубический метр (кг/м3). Так, зная, что 1 см3 воды имеет массу 1 г, определим ее плотность: 1 г : 1 см3 = 1 г/cм3 (один грамм на один кубический сантиметр).

Объем и плотность тела изменяются при нагревании и охлаждении, при механических воздействиях. При нагревании тело расширяется, то есть объем его увеличивается, но масса не изменяется. При увеличении объема тела на каждую его часть приходится меньше вещества, плотность тела уменьшается. При охлаждении объем тела уменьшается, а его плотность увеличивается — на каждую часть объема приходится больше вещества (рис. 32).

Изменение объема воды при нагревании (1) и охлаждении (2)
Рис. 32. Изменение объема воды при нагревании (1) и охлаждении (2)

Некоторые живые тела могут изменять свою плотность. Многие рыбы, например, имеют плавательный пузырь, наполненный смесью газов. При расширении этого органа объем тела рыбы увеличивается (рис. 33), что ведет к уменьшению общей плотности тела, и рыба легко всплывает к поверхности воды.
Плавательный пузырь у рыбы, каракатица
Рис. 33. Плавательный пузырь у рыбы (1), каракатица (2)

Рыбы ежи, живущие в тропических морях, имеют воздушные мешки — выросты желудка. В моменты опасности они устремляются к поверхности воды, заглатывают воздух, быстро увеличиваются в объеме и, превращаясь в колючие шары, становятся недоступными для хищных рыб. У моллюска каракатицы (рис. 33) газом наполняются пространства между слоистыми остатками раковин. Увеличивая количество газа в этих пространствах, животное повышает свою плавучесть, а уменьшая его, оно облегчает погружение тела в глубь водоема.

Воздух, поступающий в воздушные мешки при дыхании птицы во время полета, сильно уменьшает плотность ее тела, облегчает передвижение в воздушной среде.

  1. Что называют объемом тела?
  2. Как можно узнать объем куска писчего мела?
  3. Как измеряют объемы жидких и газообразных тел?
  4. Почему тела разных видов при одинаковых объемах имеют разную массу?
  5. Что называют плотностью тела?
  6. Как узнают плотность тела?
  7. Почему плотность тела при увеличении его объема уменьшается?

В ванну, вмещающую 100 л воды, положили камень и стали наливать в нее воду при помощи 10 литрового ведра. Ванна вместила 8 ведер воды. Каков объем камня, помещенного в ванну?
Одинакова ли плотность куска мела объемом 2 см3 и куска мела объемом 4 см3? Ответ поясните.
Определите сами объем какого либо небольшого твердого тела. Результат запишите в тетрадь.