Цель работы:
Научиться определять плотность твёрдого тела с помощью весов и измерительного цилиндра.
Приборы и материалы:
Весы с разновесами, измерительный цилиндр (мензурка), твёрдое тело, плотность, которого надо определить, нитка (рис. 203).
Указания к работе:
1. Повторите по учебнику § 22 "Плотность вещества".
2. Измерьте массу тела на весах (см. лабораторную работу №3).
3. Измерьте объём тела с помощью мензурки (см. лабораторную работу №4).
4. Рассчитайте по формуле $p=\frac{m}{V}$ плотность данного тела.
5. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 10.

Рис. 203.

Таблица 10.

Для выполнения данной работы необходимо подробно рассмотреть теоретические основы, касающиеся понятия плотности вещества, методов её измерения, а также использования измерительного оборудования.

1. Плотность вещества Плотность ($ \rho $) — это физическая величина, характеризующая количество вещества в единице объёма. Она определяется как отношение массы тела ($ m $) к его объёму ($ V $). Формула для вычисления плотности: $$ \rho = \frac{m}{V} $$ где:
2. $ \rho $ — плотность вещества,
3. $ m $ — масса тела,
4. $ V $ — объём тела.

Единицы измерения плотности в системе СИ:
− килограммы на кубический метр ($ \text{кг/м}^3 $).

Вне системы СИ может использоваться величина грамм на кубический сантиметр ($ \text{г/см}^3 $):
1 $ \text{г/см}^3 = 1000 \, \text{кг/м}^3 $.

Зная плотность вещества, можно определить его свойства, а также использовать её для сравнения веществ.

1. Масса тела Масса ($ m $) — это количество вещества, измеряемое с помощью весов. Для определения массы твёрдого тела используются лабораторные весы. Процесс измерения массы:
2. Тело размещается на одной чаше весов, а на другую чашу помещаются гирьки (разновесы) до тех пор, пока весы не придут в равновесие.
3. Сумма масс гирь равна массе тела.

Единицы измерения массы в системе СИ:
− килограммы ($ \text{кг} $),
− в данной работе могут использоваться граммы ($ \text{г} $).

1. Объём тела Объём ($ V $) — это пространственная величина, измеряемая в кубических единицах. Для определения объёма твёрдого тела можно использовать метод погружения тела в жидкость в измерительном цилиндре (мензурке).

Процесс измерения с помощью мензурки:
− В мензурку наливается определённое количество воды, и фиксируется первоначальный объём ($ V_1 $).
− Твёрдое тело с помощью нитки осторожно опускается в воду, и фиксируется новый объём воды ($ V_2 $).
− Объём тела рассчитывается как разность между конечным и начальным объёмом воды:
$$ V = V_2 - V_1 $$
где:
− $ V_1 $ — первоначальный объём воды в мензурке,
− $ V_2 $ — объём воды после погружения тела,
− $ V $ — объём погружённого тела.

Единицы измерения объёма в системе СИ:
− кубические метры ($ \text{м}^3 $),
− в данной работе используются кубические сантиметры ($ \text{см}^3 $).

1. Расчёт плотности После измерения массы ($ m $) и объёма ($ V $), плотность вещества рассчитывается по формуле: $$ \rho = \frac{m}{V} $$ В процессе расчёта важно учитывать единицы измерения:
2. Если масса измерена в граммах ($ \text{г} $), а объём — в кубических сантиметрах ($ \text{см}^3 $), результат будет в $ \text{г/см}^3 $.
3. Если масса измерена в килограммах ($ \text{кг} $), а объём — в кубических метрах ($ \text{м}^3 $), результат будет в $ \text{кг/м}^3 $.

Для перевода единиц плотности из $ \text{г/см}^3 $ в $ \text{кг/м}^3 $ используется соотношение:
$$ 1 \, \text{г/см}^3 = 1000 \, \text{кг/м}^3 $$

1. Точность измерений Для получения более точных результатов важно:
2. Точно фиксировать уровень жидкости в мензурке до и после погружения тела, используя шкалу мензурки.
3. Следить за равновесием весов при измерении массы тела.

4. Проверить отсутствие пузырьков воздуха на поверхности тела при погружении в воду, чтобы объём был измерен корректно.

5. Особенности измерений плотности твёрдого тела
   Метод с использованием мензурки подходит для измерения объёма только тех тел, которые не растворяются в воде и не плавают на её поверхности. Если тело плавает, для его погружения может потребоваться дополнительный груз, объём которого также нужно учитывать.

6. Результаты работы
   После выполнения всех операций результаты измерений и вычислений заносятся в таблицу, где указываются:

7. название вещества,

8. масса тела ($ m $),

9. объём тела ($ V $),

10. плотность вещества ($ \rho $) в $ \text{г/см}^3 $ и $ \text{кг/м}^3 $.

Цель работы будет достигнута, если плотность вещества будет рассчитана корректно, а измерения проведены с соблюдением всех требований точности.