Закон Архимеда — закон статики жидкостей и газов, согласно которому на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) выталкивающая сила, равная весу вытесненной телом жидкости (газа) и направленная по вертикали вверх.
Этот закон был открыт древнегреческим ученым Архимедом в III в. до н. э. Свои исследования Архимед описал в трактате «О плавающих телах», который считается одним из последних его научных трудов.
Ниже приведены выводы, следующие из закона Архимеда.
Действие жидкости и газа на погруженное в них тело
Если погрузить в воду мячик, наполненный воздухом, и отпустить его, то он всплывет. То же самое произойдет со щепкой, с пробкой и многими другими телами. Какая же сила заставляет их всплывать?
На тело, погруженное в воду, со всех сторон действуют силы давления воды (рис. а). В каждой точке тела эти силы направлены перпендикулярно его поверхности.
Если бы все эти силы были одинаковы, тело испытывало бы лишь всестороннее сжатие. Но на разных глубинах гидростатическое давление различно: оно возрастает с увеличением глубины.
Поэтому силы давления, приложенные к нижним участкам тела, оказываются больше сил давления, действующих иа тело сверху.
Если заменить все силы давления, приложенные к погруженному в воду телу, одной (результирующей или равнодействующей) силой, оказывающей на тело то же самое действие, что и все эти отдельные силы вместе, то результирующая сила будет направлена вверх. Это и заставляет тело всплывать. Эта сила называется выталкивающей силой, или архимедовой силой (по имени Архимеда, который впервые указал на ее существование и установил, от чего она зависит). На рисунке б она обозначена как FA.
Архимедова (выталкивающая) сила действует на тело не только в воде, но и в любой другой жидкости, т. к. в любой жидкости существует гидростатическое давление, разное на разных глубинах. Эта сила действует и в газах, благодаря чему летают воздушные шары и дирижабли.
Благодаря выталкивающей силе вес любого тела, находящегося в воде (или в любой другой жидкости), оказывается меньше, чем в воздухе, а в воздухе меньше, чем в безвоздушном пространстве. В этом легко убедиться, взвесив гирю с помощью учебного пружинного динамометра сначала в воздухе, а затем опустив ее в сосуд с водой.
Уменьшение веса происходит и при переносе тела из вакуума в воздух (или какой-либо другой газ).
Если вес тела в вакууме (например, в сосуде, из которого откачан воздух) равен P0, то его вес в воздухе равен:
где F´A — архимедова сила, действующая на данное тело в воздухе. Для большинства тел эта сила ничтожно мала и ею можно пренебречь, т. е. можно считать, что Pвозд.=P0=mg.
Вес тела в жидкости уменьшается значительно сильнее, чем в воздухе. Если вес тела в воздухе Pвозд.=P0, то вес тела в жидкости равен Pжидк = Р0 — FA. Здесь FA — архимедова сила, действующая в жидкости. Отсюда следует, что
Поэтому чтобы найти архимедову силу, действующую на тело в какой-либо жидкости, нужно это тело взвесить в воздухе и в жидкости. Разность полученных значений и будет архимедовой (выталкивающей) силой.
Другими словами, учитывая формулу (1.32), можно сказать:
Выталкивающая сила, действующая на погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости, вытесненной этим телом.
Определить архимедову силу можно также теоретически. Для этого предположим, что тело, погруженное в жидкость, состоит из той же жидкости, в которую оно погружено.
Мы имеем право это предположить, так как силы давления, действующие на тело, погруженное в жидкость, не зависят от вещества, из которого оно сделано.
Тогда приложенная к такому телу архимедова сила FA будет уравновешена действующей вниз силой тяжести mжg (где mж — масса жидкости в объеме данного тела):
Но сила тяжести равна весу вытесненной жидкости Рж. Таким образом.
Учитывая, что масса жидкости равна произведению ее плотности ρж на объем, формулу (1.33) можно записать в виде:
где Vж — объем вытесненной жидкости. Этот объем равен объему той части тела, которая погружена в жидкость. Если тело погружено в жидкость целиком, то он совпадает с объемом V всего тела; если же тело погружено в жидкость частично, то объем Vж вытесненной жидкости меньше объема V тела (рис. 1.39).
Формула (1.33) справедлива и для архимедовой силы, действующей в газе. Только в этом случае в нее следует подставлять плотность газа и объем вытесненного газа, а не жидкости.
С учетом вышеизложенного закон Архимеда можно сформулировать так:
На всякое тело, погруженное в покоящуюся жидкость (или газ), действует со стороны этой жидкости (или газа) выталкивающая сила, равная произведению плотности жидкости (или газа), ускорения свободного падения и объема той части тела, которая погружена в жидкость (или газ).
Видеоурок «Решение задач на расчет архимедовой силы и плавания тел»
§ 1 Расчет архимедовой силы, условие плавания тел: формулы и определения
- Рассмотрим решение задач на расчет архимедовой силы, условие плавания тел в жидкостях и газах.
- Для решения задач нам нужно вспомнить следующие формулы и определения:
- Архимедова силаравна произведению коэффициента силы тяжести на плотность жидкости и объем погруженной части тела: Fa = gρжVтела.
Тело плавает в жидкости, если вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе: P выт.жидкости = P тела.
Морские и речные суда могут перевозить грузы. Вес груза зависит от водоизмещения судна. Водоизмещение — это вес воды, вытесненной судном, равный его весу в воздухе.
- Подъемная сила аэростатовравна разности между архимедовой силы и весом оболочки, гондолы и газа, которым наполнен аэростат.
- При решении задач важно верно выразить величины в системе СИ.
- Архимедова сила зависит от объема тела, поэтому вспомним размерности объема:
- 1 дм3 = 0,001 м3;
- 1 см3 = 0, 000 001 м3.
§ 2 Решение задач
Задача 1:Вычислите архимедову силу, действующую на брусок размером 2х10х4 см, если он наполовину погружен в спирт.
Решение:Запишем условие задачи. Нам известны размеры бруска: длина а = 10 см, ширина b=2 см, высота c=4 см. Плотность спирта ρж = 800 кг/м3. Выразим длину, ширину и высоту в системе СИ: 0,1 м, 0,02 м, 0,04 м.
Для решения запишем формулу вычисления архимедовой силы: Fa = gρжVпогр.части тела.
Объем всего бруска прямоугольной формы равен произведению длины на ширину и на высоту: V=abc = 0,1 м*0,02*0,04 м = 0,00 008 м3.
Объем погруженной части равен половине объема: Vпогр.части тела=0,00 004 м3.
Подставим числовые значения плотности спирта, коэффициента силы тяжести, объема погруженной части тела в формулу архимедовой силы и получим: Fa = 0,32 Н.
Ответ: на брусок в спирте действует архимедова сила 0,32 Н.
Задача 2:Какую силу нужно приложить к плите массой 4 т при ее подъеме со дна водоема, если объем плиты — 2 м3?
Решение:запишем условие задачи. Масса плиты m = 4 т, выразим в СИ: 4000 кг, объем плиты V = 2 м3, плотность воды ρж = 1000 кг/м3.
На тело, погруженное в жидкость или газ, действуют две силы: сила тяжести и архимедова сила, направленные противоположно. Поэтому вес плиты в воде уменьшается: Pв воде = Pв воздухе – Fа .
Вес тела в воздухе найдем по формуле P=mg, архимедову силу определим по формуле Fa = gρжVпогр. тела.
Тогда формула веса плиты в воде запишется так: Pв воде = mg — gρжVпогр. тела.
Подставим числовые значения величин, произведем вычисления и получим ответ: вес плиты в воде равен 20 000 Н, следовательно, для поднятия плиты в воде нужно приложить силу 20 кН.
Ответ: для поднятия плиты в воде нужно приложить силу 20 кН.
Задача 3: Какой по весу груз может удержать на поверхности воды пробковый пояс объемом 6,25 дм3 и массой 2 кг, если пояс будет погружен в воду полностью?
Решение: Запишем условие задачи. Нам известны объем пояса V = 6,25 дм3, его масса m = 2 кг, плотность воды ρж = 1000 кг/м3. Выразим объем в СИ, для этого 6, 25 поделим на 1000, равно 0,00 625 м3. Найти вес груза Pгр.
Известно, что вес груза, перевозимого судами, равен разности между водоизмещением судна и его весом. Водоизмещение — это вес воды, вытесненной судном с грузом. Тогда Pгруза = Pвытесненной воды — Pсудна.
Пробковый пояс при полном погружении вытесняет воду в объеме, равном объему пояса. Вычитая из веса вытесненной воды собственный вес пояса, можем найти вес груза:
Pгруза = Pвыт.воды – Pпояса.
Определим вес вытесненной воды. Для этого массу вытесненной воды умножим на коэффициент силы тяжести, а масса воды равна произведению плотности воды на ее объем. Объем вытесненной воды равен объему спасательного пояса. Тогда вес вытесненной воды равен произведению плотности воды на объем пояса и коэффициент тяжести:
Pвыт.воды = ρводы *Vводы *g
Определим вес пояса по формуле Pпояса =mпояса·g.
Подставим числовые значения величин и вычислим вес вытесненной поясом воды и вес пояса. Тогда вес груза равен их разности.
Ответ: пробковый пояс может удерживать в воде груз весом 42,5 Н.
Задача 4:Аэростат объемом 2000 м3 наполнен водородом. Вес оболочки и гондолы 16 000 Н. Определите подъемную силу аэростата.
Решение: Запишем условие задачи. Известны объем аэростата V = 2000 м3, вес оболочки и гондолы вместе Pоб =16 000 Н, плотность водорода, которым наполнен аэростат, ρгаза = 0,09 кг/м3, плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении ρвозд. = 1,29 кг/м3. Все данные приведены в системе СИ. Требуется найти подъемную силу Fподъемн.
На аэростат действуют сила тяжести и архимедова сила, которая поднимает его вверх. Сила тяжести действует на оболочку, гондолу и газ, которым он наполнен.
Вес оболочки и гондолы известен, нужно найти вес водорода, для этого массу водорода умножим на коэффициент тяжести. Массу водорода найдем по формуле плотности.
Тогда вес газа равен произведению плотности газа на объем аэростата и коэффициент тяжести: Pгаза = ρгаза *Vаэростата *g.
Архимедову силу определим по формуле Fa = gρжVаэростата.
Подставим записанные формулы в формулу подъемной силы, вынесем одинаковые множители за скобки, вычислим.
Ответ: подъемная сила аэростата равна 8000 Н = 8 кН.
§ 3 Краткие итоги по теме урока
- ВАЖНО ЗАПОМНИТЬ:
- При решении задач нужно помнить основные формулы и определения.
- Архимедова сила равна произведению коэффициента силы тяжести на плотность жидкости и объем погруженной части тела: Fa = gρжVтела.
- Тело плавает в жидкости, если вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе.
Водоизмещение — это вес воды, вытесненной судном с грузом, равный весу судна вместе с грузом. Вес груза, перевозимого судами или выдерживаемого спасательным поясом, плотом, льдиной, равен разности между весом вытесненной жидкости и весом самого судна, пояса, плота, льдины.
Подъемная сила аэростатов равна разности между архимедовой силы и весом аэростата (т.е. весом оболочки, гондолы и газа, которым наполнен аэростат).
Архимедова сила — закон, формула, определение
Прежде чем говорить о силе Архимеда, нужно понять, что это вообще такое — сила.
В повседневной жизни мы часто видим, как физические тела деформируются (меняют форму или размер), ускоряются и тормозят, падают. В общем, чего только с ними не происходит! Причина любых действий или взаимодействий тел — ее величество сила.
Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел. Сила измеряется в ньютонах — единице измерения, которую назвали в честь Исаака Ньютона.
Поскольку сила — величина векторная, у нее, помимо модуля, есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.
Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В этом случае результат выражается в направлении движения.
Открытие закона Архимеда
Так вышло, что закон Архимеда известен не столько своей формулировкой, сколько историей возникновения.
Легенда гласит, что царь Герон II попросил Архимеда определить, из чистого ли золота сделана его корона, при этом не причиняя вреда самой короне. То есть расплавить корону или растворить — нельзя.
Взвесить корону Архимеду труда не составило, но этого было мало — нужно ведь определить объем короны, чтобы рассчитать плотность металла, из которого она отлита.
Рассчитать плотность металла, чтобы установить, золотая ли корона, можно по формуле плотности.
|
Дальше, согласно легенде, Архимед, озабоченный мыслями о том, как определить объем короны, погрузился в ванну — и вдруг заметил, что уровень воды в ванне поднялся. Тут ученый осознал, что объем его тела вытеснил равный ему объем воды, следовательно, и корона, если ее опустить в заполненный до краев таз, вытеснит из него объем воды, равный ее объему.
Решение задачи было найдено и, согласно самой расхожей версии легенды, ученый закричал «Эврика!» и побежал докладывать о своей победе в царский дворец (и так торопился, что даже не оделся). ????????♂️
Попробуйте онлайн-курс подготовки к ЕГЭ по физике с опытным преподавателем в Skysmart!
Формула и определение силы Архимеда для жидкости
На поверхность твердого тела, погруженного в жидкость, действуют силы давления. Эти силы увеличиваются с глубиной погружения, и на нижнюю часть тела будет действовать со стороны жидкости большая сила, чем на верхнюю.
Равнодействующая всех сил давления, действующих на поверхность тела со стороны жидкости, называется выталкивающей силой или силой Архимеда. Истинная причина появления выталкивающей силы — наличие различного гидростатического давления в разных точках жидкости.
Определение архимедовой силы для жидкостей звучит так:
Выталкивающая сила, действующая на тело, погруженное в жидкость, равна по модулю весу вытесненной жидкости и противоположно ему направлена.
|
А теперь давайте порешаем задачки, чтобы закрепить, как вычислить архимедову силу.
Задача 1
В сосуд погружены три железных шарика равных объемов. Одинаковы ли силы, выталкивающие шарики? Плотность жидкости вследствие ничтожно малой сжимаемости на любой глубине считать примерно одинаковой.
Решение
Да, так как объемы одинаковы, а архимедова сила зависит от объема погруженной части тела, а не от глубины.
Задача 2
На графике показана зависимость модуля силы Архимеда FАрх, действующей на медленно погружаемый в жидкость кубик, от глубины погружения x. Длина ребра кубика равна 10 см, его нижнее основание все время параллельно поверхности жидкости. Определите плотность жидкости. Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.
- Решение
- Сила Архимеда, действующая на кубик, равна FАрх = ρжgVпогр.
- Vпогр. — объем погруженной части кубика,
- ρж — плотность жидкости.
- Учитывая, что нижнее основание кубика все время параллельно поверхности жидкости, можем записать:
- FАрх = ρжgV погр = ρжga 2x
- где а — длина стороны кубика.
- Выразим плотность:
- ρ = FАрх / ga2x
- Рассматривая любую точку данного графика, получим:
- ρ = FАрхga2x = 20,25 / 10 × 7,5 × 10-2 = 2700 кг/м3
- Ответ: плотность жидкости равна 2700 кг/м 3.
Условия плавания тел
Из закона Архимеда вытекают следствия об условиях плавания тел.
Сила Архимеда: формула и суть закона силы Архимеда в жидкостях и газах, как действует сила Архимеда
Гениальный учёный Архимед, живший в древнегреческих Сиракузах в III веке до нашей эры, прославился среди современников как создатель оборонительных машин, способных перевернуть боевой корабль.
Другое его изобретение, «Архимедов винт», по сей день остаётся важнейшей деталью гигантских буровых установок и кухонных мясорубок.
Мир обязан Архимеду революционными открытиями в области оптики, математики и механики.
Его личность окутана легендами, порой весьма забавными. С одной из них мы и начнём нашу статью.
«Эврика!» Открытие закона Архимеда
Однажды царь Сиракуз Гиерон II обратился к Архимеду с просьбой установить, действительно ли его корона выполнена из чистого золота, как утверждал ювелир. Правитель подозревал, что мастер прикарманил часть драгоценного металла и частично заменил его серебром.
В те времена не существовало способов определить химический состав металлического сплава. Задача поставила учёного в тупик. Размышляя над ней, он отправился в баню и лёг в ванну, до краёв наполненную водой. Когда часть воды вылилась наружу, на Архимеда снизошло озарение. Такое, что учёный голышом выскочил на улицу и закричал «Эврика!», что по-древнегречески означает «Нашёл!».
Он предположил, что вес вытесненной воды был равен весу его тела, и оказался прав.
Явившись к царю, он попросил принести золотой слиток, равный по весу короне, и опустить оба предмета в наполненные до краёв резервуары с водой. Корона вытеснила больше воды, чем слиток.
При одной и той же массе объём короны оказался больше, чем объём слитка, а значит, она обладала меньшей плотностью, чем золото. Выходит, царь правильно подозревал своего ювелира.
Так был открыт принцип, который теперь мы называем законом Архимеда:
На тело, погружённое в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости или газа в объёме погружённой части тела
Эта выталкивающая сила и называется силой Архимеда.
Формула силы Архимеда
На любой объект, погружённый в воду, действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости. Таким образом, вес объекта, погружённого в воду, будет отличаться от его веса в воздухе в меньшую сторону. Разница будет равна весу вытесненной воды.
Чем больше плотность среды — тем меньше вес. Именно поэтому погрузившись в воду, мы можем легко поднять другого человека.
Выталкивающая сила зависит от трёх факторов:
- плотности жидкости или газа (p);
- ускорения свободного падения (g);
- объёма погружённой части тела (V).
Сила Архимеда | 7 класс | Физика
Содержание
На прошлом уроке мы доказали с помощью опытов существование силы, действующей на тела, погруженные в жидкость или газ — выталкивающей силы. Также мы теперь знаем, что ее можно рассчитать по формуле: $F_{выт} = gm_ж = P_ж$. Но какое еще есть значение у этой силы? На этом уроке мы более подробно рассмотрим выталкивающую силу.
Выталкивающая сила и вес тела
Как можно на опыте определить, с какой силой тело, погруженное целиком в жидкость, выталкивается из жидкости?Давайте познакомимся с таким опытом. Он представлен на рисунке 1.
Подвесим на пружину небольшую емкость для жидкости и тело цилиндрической формы ниже. На конце пружины у нас расположена стрелка-указатель. Она отмечает растяжение пружины на штативе (рисунок 1, а). Таким образом, мы видим вес тела в воздухе.
Рисунок 1. Опыт по определению зависимости выталкивающей силы и веса погруженного тела
Теперь опустим наше тело в большой сосуд. Сосуд имеет трубку для слива, и наполнен жидкостью до уровня этой трубки (рисунок 1, б).
Когда мы полностью опустим тело в сосуд, часть жидкости из него выльется через трубку для слива в стакан. Объем этой жидкости будет равен объему тела. Мы уже знаем, что на тело действует выталкивающая сила: пружина сокращается, стрелка-указатель поднимается, вес тела в жидкости становится меньше.
А теперь возьмем жидкость, которая вылилась в стакан. Зальем ее в емкость, которая также подвешена к пружине (рисунок 1, в). Теперь стрелка-указатель вернулась к своему изначальному положению.
Так чему равна эта сила? Сделаем вывод из данного опыта.
Сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость тело, равна весу жидкости в объеме этого тела.
Если провести подобный опыт с газом, а не с жидкостью, то мы получим, что сила, выталкивающая тело из газа, равна весу газа, взятого в объеме тела.
{«questions»:[{«content»:»Чему равна сила, выталкивающая погруженное в газ тело?[[choice-99]]»,»widgets»:{«choice-99»:{«type»:»choice»,»options»:[«весу газа в объеме этого тела»,»весу тела»,»силе тяжести, действующей на тело»,»силе тяжести, действующей на газ»],»answer»:[0]}}}]}
Сила Архимеда
Как называют силу, которая выталкивает тела, погруженные в жидкости и газы?Теперь мы добавим, что эту выталкивающую силу называют архимедовой силой. Архимед (рисунок 2) — древнегреческий ученый и инженер, сделавший множество открытий и в математике, и в физике. Именно он первый обнаружил наличие выталкивающей силы и рассчитал ее значение.
Как найти массу жидкости: формулы для расчета, пояснения, примеры
Как найти массу жидкости: формулы для расчета, пояснения, примеры добавить в закладки
Все замечали, что разные вещества, занимающие один объем, весят по-разному. Ведёрко воды весит меньше, чем песка или камней. Вес тела зависит от его плотности – концентрации вещества в единице объема. Рассмотрим связь между этими величинами, способы, как найти массу воды в физике, зная её объём.
Что такое плотность
Плотностью называется скалярная величина, определяющаяся как отношение массы вещества к занимаемому им объёму. Плотность – величина не постоянная, поэтому для многих веществ берётся усреднённое значение, измеренное в нормальных условиях.
Так, например, плотность многих встречаемых в повседневной жизни тел зависит от внешних условий. Если говорить о зерне, древесине, грунте, песке, их единица объёма весит тем больше, чем вещество влажнее – в нём больше влаги.
На плотность жидкостей заметное влияние оказывает температура: при охлаждении концентрация в единице объёма увеличивается, при нагревании вещество становится менее плотным.
Здесь есть исключения – вода. Её вес, вязкость достигают пика при температуре 4 °C, при охлаждении и нагревании они снижаются. Лёд получается легче, чем вода, поэтому он образовывается на поверхности водоёмов, на дно не опускается.
При измерении плотности пористых, сыпучих материалов указывается его:
- Насыпное значение – реальное, измеряемое без учёта пустот. Например, сыпучие крупы, щебень, известняк.
- Истинное – от занимаемого объёма отнимаются пустоты. Они определяются практическим путём, например, погружением тела в воду, или через ранее вычисленные коэффициенты.
Плотность при переходе вещества между фазовыми состояниями обычно изменяется скачкообразно, наибольшая разница наблюдается при испарении твёрдых веществ – сублимации.
Формула массы жидкости
Плотность в физике обозначается буквой греческого алфавита , измеряется в кг/м3. Зависит от массы тела и объёма, который занимает:
ρ= m : V, где:
- m – масса тела;
- V – объём.
Все ли знают, как найти массу газа через давление и занимаемый им объем? Для этого пользуются формулой Клапейрона-Менделеева:
pV = (m : M) * RT, где:
- p – давление газа;
- M и T– его молярная масса и температура;
- R – постоянная, равняется 8,314 Дж/(моль⋅К).
- Для вычисления массы необходимо провести ряд математических операций: разделим обе части уравнения на ρV, затем – умножим на m, получим:
- m = pVM : RT.
- Рассмотрим, как найти объем детали, погруженной в жидкость, используя приведённую формулу.
Задачи
В ведро цилиндрической формы налили 5 л воды. Её уровень составил 0,4 м. После погружения в ведро тела уровень жидкости поднялся до 0,55 м. Определите его объём.
- Дан объём воды: 5 л или 5000 см3, остальные величины переведём в сантиметры для простоты вычислений: 40 см, 55 см.
- Объём цилиндра вычисляется по формуле: V = Sосн * H. Найдём площадь основания:
- Sосн = V : H = 5000 : 40 = 125 см2.
- Далее вычисляем занимаемый водой и деталью объём:
- V = Sосн * H = 125 * 55 = 6875 см3.
- Высчитываем разницу: 6875 – 5000 = 1875 см3.
- Далее рассмотрим, как найти массу жидкости, зная её вес, объём.
- Вычислим вес 5-литровой бутыли подсолнечного масла.
- Объём известен – 0,005 м3, плотность подсолнечного масла принимают за 920 кг/м3.
- Подставим значения в формулу:
- m = V * ρ = 0,005 * 920 = 4,6 кг.
Чему равен 1 литр в кг? Сколько весит литр воды в килограммах: цифры и факты
Вес одного литра воды, взвешенного при атмосферном давлении 760 мм и температуре наибольшей плотности воды 4˚С — примерно 998,5 грамм.
Вес одного литра воды примерно 998,5 грамм.
Вода – самая необычная жидкость на нашей планете. Действительно, благодаря воде появилась на только жизнь на Земле, но и многие важные изобретения, сыгравшие огромную роль в развитии технического прогресса человечества.
Все дело в удивительных свойствах воды, которая способна легко перейти из жидкого состояния в твердое или газообразное. В повседневной жизни нередко появляется необходимость определения массы этой жидкости – будь то химический опыт на школьном уроке химии, производственный процесс или просто бытовые нужды.
Сколько весит 1 литр воды? Ответить на данный вопрос не так просто, как может показаться на первый взгляд.
От чего зависит масса воды?
Согласно законам физики, существует разница между весом и массой. Если говорить о весе, то имеется в виду сила воздействия тела определенной массы на поверхность. А термином «масса» обозначается количественная мера инертности тела, которая измеряется в килограммах. В нашей статье речь идет о массе воды.
Сколько весит литр воды? Данный показатель зависит от:
- температуры
- атмосферного давления
- состояния воды (жидкость, лед, снег)
- солености воды (пресная, соленая)
- типа изотопов водорода
| Факторы, влияющие на вес воды: | Масса : |
| 1. Состояние | |
| жидкое | Стакана (250 мл) – 249,6 гр. |
| Литра – 998,5 гр. | |
| Ведра (12 л) – 11,98 кг. | |
| 1 м 3 – 998,5 кг | |
| Одной капли воды – 0,05 гр. | |
| твердое (лед) | Стакана (250мл) – 229 гр. |
| 1 л – 917 гр. | |
| Ведра (12 л) – 11 кг. | |
| Кубометра – 917 кг. | |
| твердое (снег) | Стакана (250 мл) – от 12 до 113 гр. |
| Литра – от 50 до 450 гр. | |
| Ведра (12 л) – от 1,2 до 5,4 кг. | |
| Кубометра – от 100 до 450 кг. | |
| Одной снежинки – 0,004 гр. | |
| 2. Соленость | |
| пресная вода | 998,5 гр. |
| соленая | 1024,1 гр. |
| 3. Тип изотопов водорода | |
| легкая вода | 1 литр – 998,5 гр. |
| тяжелая | 1104,2 гр. |
| сверхтяжелая | 1214,6 гр. |
Так что вес воды зависит от всех вышеизложенных факторов, которые в совокупности определяют величину данного показателя.
Сколько весит литр воды – немного истории
В разные времена ответ на данный вопрос был неодинаковым. А ведь ежеминутный расход воды в мире чрезвычайно большой! Поэтому требовалось принять общее решение по поводу измерения массы жидкости. Так, в 1964 году во время международной конференции по мерам и весам была утверждена единица, обозначившая объем 1 дм 3 воды – литр.
Однако эта единица означает, скорее, не вес, а объем. При этом вес может быть совершенно разный – к примеру, литр воды будет значительно тяжелее литра бензина по причине большей плотности.
В 1901 году третьей международной конференцией по мерам и весам было принято решение обозначать литр как объем 1 кг воды при температуре 3,98˚С и атмосферном давлении 760 мм ртутного столба. Главным отличием обозначения литра стало то, что в 1901 году этой единицей считался объем килограмма, а в 1964 году – только объем, при этом вес вещества мог быть разным.
Так что в период 1901 – 1964 гг. вес литра воды равнялся одному килограмму, правда при соблюдении вышеуказанных показателей температуры и атмосферного давления. Для соблюдения данного равенства также необходимо, чтобы вода была чистой.
Ведь обычная питьевая вода содержит соли, оказывающие разное влияние на ее плотность. Есть ли разница между купанием в пресном озере и соленом? Конечно, в последнем вряд ли получится утонуть.
Так что для того, чтоб литр воды был равен килограмму, жидкость должна быть дистиллированной, полученной путем испарения и конденсации пара.
Как определить, сколько весит один литр воды?
Для проведения такого эксперимента нам понадобится стеклянная или пластмассовая банка, мерная посуда, электронные весы и дистиллированная вода. Сначала нужно определить массу банки с помощью весов и записать полученную цифру.
Наливаем в мерную посуду литр воды, переливаем в банку и снова взвешиваем. Теперь нужно вычесть массу банки – результат окажется примерно один килограмм.
Такие весы можно использовать для определения массы других жидкостей – например, молока.
Если желаете получить более точный показатель, нужно соблюдать условия температуры (4˚С) и давления (760 мм рт. ст.). Тогда масса воды составит 998,5 г.
Водопроводная вода при взвешивании покажет немного другие результаты, чем дистиллированная. Дело в том, что в воде из-под крана могут присутствовать примеси тяжелых металлов, что увеличивает массу одного литра воды. Для расчета массы 1 литра воды также применяются специальные формулы.
Теперь мы знаем, сколько весит 1 литр воды, какие факторы оказывают влияние на вес литра воды и как рассчитать массу воды экспериментальным путем.
Вода, пожалуй, одна из самых необычных жидкостей. В обычных условиях мы можем легко наблюдать, как она переходит в любое из трех состояний – жидкое, твердое, газообразное.
Благодаря воде мы имели в прошлом множество изобретений, которые сыграли большую роль в техническом прогрессе. Благодаря воде, например, появились паровые двигатели.
Не будь легкодоступного пара, кто знает, по какому пути пошла бы техника? Водяные мельницы, можно сказать — прообраз гидроэлектростанций. Примеров множество…
В мире ежеминутно расходуется огромное количество воды. В связи с этим потребовалась какая-то единица измерения количества жидкости. В 1964 году на 12-й Генеральной конференции по мерам и весам была принята такая единица. Ее назвали литром, и она означала объем одного кубического дециметра воды. Здесь существует два тонких момента.
Во-первых, литр – это не вес, а объем. Во-вторых, раз это объем, то вес его может быть разным. В самом деле, литр бензина гораздо легче литра воды, потому что его плотность намного меньше.
Здесь возникает вопрос – а сколько же весит литр воды? Ответ неоднозначный. Например, с 1901 года на 3-й Генеральной конференции по мерам и весам литр определяли по – другому.
Он обозначал объем одного килограмма воды при температуре 3.98 градусов и нормальном атмосферном давлении 760 мм.рт.ст. Заметьте – в 1901 году литр означал объем килограмма, а в 1964 году – просто объем, независимо от веса.
При этом объем литра получался 1,000028 кубических дециметров.
Можно сделать вывод, что с 1901 года по 1964-й литр воды весил ровно килограмм. Но это только при указанных условиях. Зачем их нужно было учитывать? А потому, что они напрямую влияют на плотность воды. При температуре 3.
98 градусов вода имеет наибольшую плотность. При нуле – это лед легче воды, а при большей температуре плотность понижается (вес меньше).
Так же и атмосферное давление – чем оно больше, тем больше плотность воды, соответственно и вес тоже больше.
Еще одним обязательным условием, чтобы килограмм воды дал ровно литр, была чистота воды. Как известно, в обычной питьевой воде растворено множество солей, которые по-разному влияют на плотность воды.
Купались в пресном и соленом озере? И там и там вода, а разница – то есть? В пресном утонуть можно запросто, а в соленом – если сильно постараться. Поэтому в расчет можно брать дистиллированную воду, полученную путем испарения и конденсации пара.
В ней нет посторонних примесей. Примерно такие же свойства имеет дождевая вода.
Если хоть одно условие не соблюдается, то литр воды уже не может весить ровно один килограмм. Чем больше отклонение, тем больше разница. Здесь полезно привести примеры.
Например, при температуре 0 градусов плотность воды составляет 0,99987 г/мл. Значит, литр «правильной» воды будет весить 999.87 грамм. При температуре 25 градусов – 997,1 грамм, при 35 градусах – 994.06 грамм, а при температуре 90 градусов – 965.34 грамм. Разница довольно заметна.
С повышением давления вес литра воды тоже меняется. Например, на вершине горы вода легче, чем где-нибудь в шахте или на дне океана.
И напоследок, пара малоизвестных, но любопытных фактов. Если взять воду, лишенную растворенных в ней газов, то ее можно охладить до -70 градусов, и она не замерзнет. Но стоит ее взболтать или добавить кусочек льда, как она моментально замерзнет, а температура поднимется до 0 градусов!
Такая же вода не кипит, если ее нагреть до 150 градусов. Но стоит ее взболтать или добавить пузырек воздуха, как она мгновенно закипит, а ее температура станет ровно 100 градусов!
Такая вот удивительная обычная жидкость бежит из обычного водопроводного крана…
При переводе килограммов в литры следует непременно уточнять, о чем идет речь. Каждое вещество имеет свою плотность, и, только уточнив название предмета, можно говорить о его массе.
Откуда пошли названия
Если окунуться глубоко в историю, нужно понять, что для каждого отдельного города, не говоря уже о странах, были свои понятия веса, длины, времени.
Мера веса в каждом уголке планеты была своя, его измеряли унциями, фунтами, мерами, пудами и другими единицами, и даже одинаковые названия не гарантировали совпадение веса. То же самое было и с длиной, начиная от мелких измерений и заканчивая расстояниями между городами.
Но до конца восемнадцатого века никто бы не понял вопроса «сколько килограмм в 1 литре?», ведь таких названий даже не существовало.
Со временем, когда государства приходили к единоначалию, а международная торговля стала активно развиваться, возникла потребность в универсальной стандартизации.
И если внутри каждой отдельно взятой страны унификация измерений произошла практически одновременно с образованием этой самой страны, то к единым международным стандартам мировая общественность подошла во второй половине девятнадцатого века.
Сами названия «метр» и «килограмм» появились во Франции в 1795 году. После победы Французской революции новые власти решили избавиться от всего, что напоминало монархию.
Измененные названия месяцев года, дней недели просуществовали совсем недолго, а вот корни новых единиц измерения всего мирового сообщества берут начало именно во Франции.
Именно там впервые ответили на вопрос «сколько килограмм в 1 литре воды?».
Метрическая система
Слово «литр» получило свое название от старофранцузского «литрон», которое обозначало меру сыпучих тел. А старофранцузский термин своими корнями уходит в Древнюю Грецию и Древний Рим. После Французской революции литр стал новой единицей измерения объема. И в том же 1795 году определили, сколько килограмм весит 1 литр воды.
Для начала определили, сколько составлял один эталонный грамм. Он весил, как один куб талой воды с ребром в одну сотую часть метра. А так как грамм представлял собой довольно малую величину, не удобную для изготовления эталона, за эталон взяли единицу в тысячу раз тяжелее грамма. И, соответственно, под него «подогнали» объем.
Поэтому на вопрос «сколько килограмм в 1 литре воды?» ответ единственный: «Один».
Но система, в основу которой положили метр и килограмм, получила международное признание только в последней четверти девятнадцатого века, когда семнадцать государств, в том числе и Россия, на собрании в Париже подтвердили своими подписями Метрическую конвенцию.
Система СИ
Конвенция послужила основой создания Международного бюро мер и весов, целью которого как раз и стала организация единой системы измерений.
Эта система стала фундаментом возникновения в 1960 году Международной системы единиц (СИ).
В этой системе не нашлось места литру, зато приведение измерений к единому стандарту позволяет в любой момент ответить на вопрос, сколько килограмм в 1 литре любого вещества.
Литровые измерения
Вода была изначально взята за эталон массы в состоянии тающего льда. После этого определения менялись, и образцом одного килограмма стала вода при температуре наибольшей плотности и нормальном состоянии атмосферного явления. Из этого следует, что вещество, в данном случае вода, даже в емкости 1 литр может иметь разный вес.
Поэтому при вопросе, сколько в 1 литре килограмм, следует уточнять еще и атмосферное давление, и температуру воды. И опять же, когда речь идет не о воде, вес одного литра будет значительно разнится. Так, самая тяжелая жидкость в естественном состоянии — ртуть — более чем в тринадцать раз тяжелее воды.
А, например, растительное масло легче воды, и, если влить масло в воду, на поверхности образуется масляная пленка. С учетом того, что один литр соответствует одному кубическому дециметру, литрами можно измерять не только жидкие вещества, но и твердые.
Самое твердое известное вещество — осмий — в 23 раза тяжелее воды, а лёд, который образуется при замерзании воды, имеет меньшую плотность, поэтому и находится на поверхности воды. Сколько килограмм в 1 литре, зависит от того, что мы измеряем.
Мерная посуда
А где литрами меряют твердые вещества, там появляются и сыпучие. Причем в старину именно сыпучими веществами определяли объем посуды, эталоном для этого служила пшеница. А в современном мире на помощь всем домохозяйкам приходят мерная посуда.
С её помощью можно спокойно ответить на вопрос, сколько килограмм в 1 литре, причем отнюдь не воды. Ведь с водой всё ясно. В зависимости от потребности мерная посуда может отмерять, сколько в одном литре сливок, молока, возможно, даже муки или крупы.
А быть может, и не в одном литре, а лишь в стакане. Мерная посуда покажет, сколько в 1 литре килограмм, фунтов или унций, в зависимости от того, рецепт какой страны будет готовиться в данный момент.
Если под рукой нет мерной посуды, помогут справочники, которые с точностью до грамма расскажут о вместительности одного литра в отношении всевозможных продуктов.
Больше интересного в телеграм @calcsbox
Загрузка...
