Для знакомства с новой физической величиной – плотностью вещества отправимся в литейный цех завода, взяв с собой весы и линейку. Выберем несколько разных по размерам чугунных и алюминиевых слитков прямоугольной формы (см. рисунок). Используя весы, измерим массы слитков, а используя линейку и формулу V=l·b·h, найдём объёмы.
 |
По результатам наших измерений m и V заполним следующую таблицу:
| Чугунные слитки | Алюминиевые слитки | |||||||
| Масса, кг | 8,5 | 45 | 18 | 29 | 6,2 | 18 | 9,7 | 4,5 |
| Объём, дм3 | 1,3 | 6,5 | 2,6 | 3,9 | 2,3 | 6,5 | 3,6 | 1,8 |
| Поделив массы на объёмы, получим: | ||||||||
| их частное | ≈ 7 | ≈ 7 | ≈ 7 | ≈ 7 | ≈ 3 | ≈ 3 | ≈ 3 | ≈ 3 |
Заметим: при делении массы каждого слитка на его объём получаются одинаковые значения частного для всех чугунных слитков ( ≈ 7 кг/дм³) и для всех алюминиевых ( ≈ 3 кг/дм³). Другими словами, независимо от конкретных значений массы и объёма их частное постоянно для одного и того же вещества.
Эта закономерность послужила причиной для введения в физику новой величины – плотности вещества (см. далее формулу). Основная единица плотности – 1 кг/м³ (читается: килограмм на кубический метр).
Итак, физическая величина, равная отношению массы вещества к его объёму, называется плотностью вещества. Это – определение плотности. Его можно записать в виде формулы:
| ρ = | . m . | ρ – плотность вещества, кг/м³ m – масса вещества, кг V – объём вещества, м³ | |||
| V |
Из математики вы знаете, что значение всякой дроби показывает количество единиц величины, стоящей в числителе, приходящееся на одну единицу величины, стоящей в знаменателе. Плотность вещества – тоже значение дроби. Поэтому числовое значение плотности вещества показывает массу единицы объёма этого вещества. В этом состоит физический смысл числового значения плотности.
 |
Например, плотность чугуна составляет 7 кг/дм³. Это значит, что 1 дм³ чугуна будет иметь массу 7 кг. Соответственно, 1 м³ чугуна будет иметь массу в 1000 раз больше – 7000 кг. Плотность пресной воды 1 кг/л. Следовательно, масса 1 л воды 1 кг, а 1 м³ – 1000 кг. Аналогично и для других веществ: верна пропорция.
Вспомним, что формулы можно преобразовывать по правилам математики. Поэтому формулу плотности можно записать в других формах:
| m = ρ · V | и | V = | . m . | |||
| ρ |
При пользовании этими формулами нужно следить, чтобы все величины были выражены в согласующихся друг с другом единицах, предпочтительно килограммах и кубических метрах. Эти единицы рекомендованы потому, что они часто используются в специальных таблицах значений плотности, подобных тем, которые помещены в следующем параграфе.