Как найти плотность масла в сообщающихся сосудах

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах. 

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте. 

Как быстро и эффективно исправить почерк?  Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью. 

             
МКОУ «Новопоселковая сош»

               
Сулейман – Стальский район

Измерение плотности жидкости

(учебный проект)

Выполнила:

Маметова 
Амина,

учащаяся
9 «г» класса МКОУ «НСОШ»

Курбанова З.А.,

учитель физики

Введение

Одной из характеристик
вещества является его плотность. Плотность показывает, какова масса вещества в
единице объема.

Газы занимают весь отведённый
им объём, поэтому постоянной плотности не имеют. Жидкости и твёрдые тела имеют
постоянную плотность при определенной температуре. Для определения плотности
твердых тел используется только один способ – через измерение массы и объёма
тела. В отличие от твердых тел, плотность жидкости можно измерить несколькими
способами.

Эти способы основаны на разных
физических законах и явлениях и служат их иллюстрацией. Исследование способов
измерения плотности жидкости даёт возможность лучше изучить эти физические
законы и явления.

Цель моей работы: измерение плотности подсолнечного масла.

В ходе выполнения
работы мне необходимо решить следующие задачи:

·       
измерить
плотность подсолнечного масла различными способами, используя знания,
полученные мной на уроке физики;

·       
проанализировать
результаты опытов и сравнить полученный результат со значением плотности,
представленной в справочнике.

Практическая
часть

Измерение
плотности подсолнечного масла

1.     
По результатам измерения
массы и объёма жидкости

Это самый распространенный способ определения плотности жидкости.
Плотность жидкости можно вычислить, если разделить её массу на объем.

Для этого необходимо взвесить
пустой мерный сосуд, затем налить в него жидкость. Взвесив сосуд с жидкостью и
вычтя массу пустого сосуда, найдём массу жидкости. По шкале мерного сосуда
определяем объем жидкости и находим её плотность.

2.      С
помощью сообщающихся сосудов

Этот способ можно применять,
если плотность одной из двух жидкостей известна и они не смешиваются между
собой. В сообщающиеся сосуды наливаем воду, затем в одно из колен заливаем
подсолнечное масло.

Измеряем высоты столбов жидкостей относительно линии АВ, проходящей
через нижнюю границу долитой нами жидкости.

По закону Паскаля давления жидкостей в точках  А и В равны:

Находим плотность жидкости:

3.      По изменению выталкивающей силы, основываясь на законе Архимеда

Вес тела, погруженного в жидкость, уменьшается. Это объясняется
тем, что на него будет действовать выталкивающая архимедова сила, равная весу
вытесненной телом жидкости. То есть чем больше плотность жидкости, тем большая
архимедова сила будет выталкивать тело.

На погруженное в воду тело
будут действовать направленная вниз сила тяжести, равная весу тела в воздухе, и
направленная вверх архимедова сила. На динамометр действует равнодействующая
этих сил, которая и является весом погружённого в воду тела.

Обозначим: Р – вес тела
в воздухе, Р_в – вес тела в воде, Р_м – вес
тела в растительном масле, Fв – архимедова сила в воде, Fм – архимедова сила в растительном масле, ρ_в – плотность воды, ρ_м – плотность
растительного масла.

Вес
тела в воздухе равен сумме веса тела в жидкости и архимедовой силы,
выталкивающей тело из этой жидкости.

Левые части этих выражений равны, поэтому равны и их правы части:

Выразим
отсюда ρ_м:

Взвешиваем тело в воздухе, воде и растительном масле:

Р =0,46 Н                                         Р_в =
0,27 Н                                        Р_м= 0,28 Н

Находим плотность растительного масла по формуле

4.      С помощью
ареометра

Ареометр изобретен около 400 года н.э. александрийским
математиком, астрономом и философом Гипатией (370-415 г.г.).

Он представляет собой стеклянную трубку, нижний конец которой несколько
утолщен. В нем находится балласт, благодаря которому ареометр в жидкости всегда
находится в вертикальном положении. На верхней части трубки нанесена шкала.

Чем больше плотность
измеряемой жидкости, тем меньше погружается ареометр в эту жидкость. Показания
ареометра отсчитывают по делениям, которые совпадают с поверхностью жидкости.

Измерение
плотности жидкости ареометром дало результат:

Выводы

Проведя измерения плотности
растительного масла разными способами, я получила следующие результаты:

Определим среднее
арифметическое значение плотности растительного масла:

                                                                                              
.

Это значение плотности лишь
приблизительно совпадает с плотностью растительного масла, представленного в таблице
учебника (930 кг/м³). Можно предположить, что  это масло не
подсолнечное или в его состав помимо подсолнечного добавлены и другие
растительные масла.

Вы находитесь на странице вопроса Как с помощью сообщающихся сосудов и воды определить плотность масла? из категории Физика.
Уровень сложности вопроса рассчитан на учащихся 5 – 9 классов. На странице
можно узнать правильный ответ, сверить его со своим вариантом и обсудить
возможные версии с другими пользователями сайта посредством обратной связи.
Если ответ вызывает сомнения или покажется вам неполным, для проверки
найдите ответы на аналогичные вопросы по теме в этой же категории, или создайте
новый вопрос, используя ключевые слова: введите вопрос в поисковую строку,
нажав кнопку в верхней части страницы.

На рис. 156 изображено несколько сосудов, соединенных снизу между собой трубкой. Такие сосуды называют сообщающимися. Если в сообщающиеся сосуды налить однородную жидкость, то эксперимент показывает, что поверхности жидкости во всех сосудах установятся на одной высоте h.

В сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне.

Это явление можно объяснить, используя выведенную формулу для расчета гидростатического давления. Поскольку жидкость находится в состоянии покоя, то ее давление в точках A, B, C и D, находящихся на одном горизонтальном уровне, должно быть одинаковым. В противном случае жидкость, находящаяся между этими точками, начала бы двигаться. Давление в рассматриваемых точках определяется атмосферным давлением, плотностью жидкости и высотой ее столба. Так как налитая жидкость однородна и атмосферное давление на поверхности жидкости во всех сосудах одинаково, то высота столбов жидкости во всех сосудах должна быть одинакова.

Наоборот, если в сообщающиеся сосуды налить разные по плотности жидкости, то высота столбов этих жидкостей будет разной. На рис. 157 изображена U-образная трубка, в правое колено которой налили жидкость с плотностью ρ₁, а в левое колено – жидкость с плотностью ρ₂. В данном случае ρ₁ > ρ₂. Поэтому более плотная жидкость выдавливает менее плотную и частично заполняет левое колено. Так как жидкости покоятся, то гидростатические давления в правом и левом коленах на уровне AB границы раздела жидкостей равны. Из формулы для расчета гидростатического давления находим

p_A = p_атм + ρ₂ · g · h₂ и p_B = p_атм + ρ₁ · g · h₁.

Поэтому ρ₂ · g · h₂ = ρ₁ · g · h₁, или ρ₂ · h₂ = ρ₁ · h₁.

Проанализируем полученное соотношение. Если ρ₁ > ρ₂ в некоторое число раз, то h₁2 в такое же число раз.

Разновидности сообщающихся сосудов находят широкое применение в науке и технике. Рассмотрим один из примеров — гидравлический пресс.

Принцип работы гидравлического пресса иллюстрирует устройство, показанное на рис. 158. Оно состоит из двух сообщающихся цилиндров разных диаметров, в которых могут без трения двигаться легкие поршни. Обозначим площадь меньшего поршня S₁, а большего – S₂. Цилиндры заполнены жидкостью, предназначенной для передачи гидростатического давления.

Если приложить к меньшему поршню силу F₁ (например, поставить на него груз), то эта сила создаст в жидкости добавочное давление p₁ = F₁/S₁. Для того чтобы устройство осталось в равновесии, ко второму поршню нужно приложить силу F₂, которая создаст в жидкости давление p₂ = F₂/S₂, равное p₁. Следовательно, F₂/S₂ = F₁/S₁. Или, по-другому, F₂/F₁ = S₂/S₁. То есть F₂ во столько раз больше F₁, во сколько раз площадь большего поршня S₂ больше площади поршня S₁. Таким образом, с помощью гидравлического пресса можно получить выигрыш в силе, равный S₂/S₁. Иначе говоря, прикладывая к малому поршню небольшую силу, можно большим поршнем создать очень большое усилие.

В настоящее время гидравлические прессы способны развивать силу 10⁸ Н. Они используются для штамповки деталей из листового металла, выдавливания профилей, а также для прессования различных материалов – фанеры, картона и др.

По этому же принципу работают гидравлические домкраты (рис. 159), гидравлические усилители автомобильных тормозов и гидравлические усилители руля.

Итоги

Сосуды, соединенные снизу между собой трубкой, называют сообщающимися сосудами.

В сообщающихся сосудах поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне.

Если сообщающиеся сосуды заполнены жидкостями разной плотности, то высоты столбов жидкостей над уровнем границы их раздела определяются соотношением: ρ₂ · h₂ = ρ₁ · h₁.

В гидравлическом прессе сообщающиеся сосуды разных сечений S₂ и S₁, заполненные однородной жидкостью, используют для получения выигрыша в силе F₂/F₁, равного S₂/S₁.

Вопросы

1. Какие сосуды называют сообщающимися? Приведите примеры сообщающихся сосудов.
2. От чего зависит разность уровней жидкости в сообщающихся сосудах?
3. Что такое гидравлический пресс? Приведите примеры устройств, работающих по тому же принципу, что и гидравлический пресс.
4. Каким образом с помощью гидравлического пресса можно получить выигрыш в силе? Можно ли с помощью гидравлического пресса получить выигрыш в работе?

Упражнения

1. Найдите, во сколько раз различаются высоты столбов жидкостей над уровнем границы их раздела в сообщающихся сосудах, если плотности жидкостей различаются в два раза (см. рис. 157).
2. Как с помощью сообщающихся сосудов и воды определить плотность масла? Плотность воды считать известной.
3. Какой максимальный выигрыш в силе можно получить с помощью гидравлического пресса, площади поршней которого S₁ = 4 см² и S₂ = 2 м²? Чему будет равен в этом случае модуль силы, действующей на большой поршень, при действии на малый поршень силы, модуль которой равен 600 Н?
4. На сколько нужно переместить малый поршень пресса из упражнения 3, чтобы большой поршень переместился на 1 мм?
5. Под действием силы 100 Н малый поршень гидравлического пресса опустился на 20 см. При этом большой поршень поднялся на 5 см. Какая максимальная сила гидростатического давления действовала на большой поршень?