Gustoća ili gustina
Ukoliko želite znati odgovore na pitanja zašto ulje pluta na vodi ili zašto brodovi, koji imaju veliku masu, ne potonu, morate razumjeti gustoću.
Gustoća je važna karakteristika tvari i materijala jer pomaže u razumijevanju njihovih osobina. Na primjer, različiti materijali imaju različite gustoće, pa tako gustoća može pružiti informacije o tome je li tvar lagana i nježna, kao gasovi, ili teška i čvrsto stisnuta, kao što su metali.
Gustoća vode je veća od gustoće ulja, iz tog razloga ulje pluta iznad vode.
Brod,
iako
napravljen od teških
metala, ima manju gustoću od vode zbog toga što ima dosta prostora ispunjenog zrakom. Ukupna gustoća
broda
je manja od gustoće vode, iz tog razloga brod pluta na vodi.
Zakone prirode je divno poznavati. Svi pomislimo da predmeti velikih masa tonu kada se stave u vodu, ali zahvaljujući poznavanjima fizike, danas imamo izuzetno razvijen brodski saobraćaj.
Slika: Ulazak broda u vodu
Kada stavite kockice leda u čašu sa vodom, šta se dešava? Zašto je to tako? (Kockice leda plutaju na površini vode, zbog toga što je led ima manju gustoću od vode.)
Gustoća je fizička veličina koja označava masu tijela po jedinici zapremine. Oznaka za gustoću je grčko slovo ρ (rho).
Matematički izraz za gustoću (ρ) dobiva se kao omjer mase (m) tijela i njegove zapremine (V):
ρ = m / V
Na osnovu formule lahko možemo zaključiti da što je masa tijela veća, njegova gustoća je veća. Što je zapremina tijela veća, njegova gustoća je manja.
Gustoća se mjeri u kilogramima po metru kubnom (kg/m³) u Međunarodnom sistemu jedinica (SI). Međutim, mogu se koristiti i druge jedinice, ovisno o potrebama, kao što su grami po centimetru kubnom (g/cm³).
Zadaci za vježbu:
Slika: Struktura pahuljice
ZADATAK 1: Odrediti gustoću kocke ako je njena masa 20 kg, a ivica 200 cm.
m = 20 kg
a = 200 cm = 2 m
ρ = ?
______________________
Prvo izračunajmo zapreminu kocke:
V = a³ = (2 m)³ = 8 m³
Sada možemo koristiti formulu za gustoću:
ρ = m / V
ρ = 20 kg / 8 m³
ρ = 2.5 kg/m³
Dakle, gustoća kocke je 2.5 kg/m³.
*UPAMTITI, kako bismo uradili zadatak, sve fizičke veličine moraju imati iste mjerne jedinice.
ZADATAK 2: Odrediti gustoću bloka ako mu je masa 1500 g, a zapremina 300 cm³.
m = 1500 g = 1.5 kg
V = 300 cm³ = 0.0003 m³
ρ = ?
Koristimo formulu za gustoću:
ρ = m / V
ρ = 1.5 kg / 0.0003 m³
ρ = 5000 kg/m³
Dakle, gustoća bloka je 5000 kg/m³.
ZADATAK 3: Odrediti masu čelične šipke ako joj je gustoća 7.8 kg/m³, a zapremina 5.5 m³.
ρ = 7.8 kg/m³
V = 5.5 m³
m = ?
Izvedemo formulu za masu i gustoću:
ρ = m / V (sve pomnožimo sa V)
ρ · V = m
m = ρ · V
m = 7.8kg/m³ · 5.5 m³
m = 42.9 kg
Dakle, masa čelične šipke je 42.9 kg.
Veliki istraživači
Želite izvesti nekoliko eksperimenata vezanih za gustoću? Na dobrom ste mjestu. U nastavku imate ideje:
1. Uzeti led, vodu i ulje. Ispitati ko ima najveću gustoću.
Pribor: Led, voda, ulje (suncokretovo), 3 prozirne čaše ili posude
Stavimo 3 čaše na stol. U prvu naspemo vodu, u drugu i treću ulje. U prvu čašu sa vodom stavljamo led. U drugu čašu sa uljem stavimo led, a u treću čašu vodu. Opažamo šta se dešava (tvar koja je gušća će biti na dnu).
Zaključak: Nakon što smo pomiješali sve tvari jednu sa drugom, zapažamo rezultate i dolazimo do zaključka ko je gušći. U prvoj čaši su voda i led, ona tvar koja je na dnu je gušća, koja je to tvar? U drugoj čaši su led i ulje, koja je tvar gušća? I na kraju, ko je gušči u trećoj čaši, voda ili ulje? Nakon dobivenih rezultata odredimo koja je tvar gusta, koja gušća, a koja najgušća.
2. Lava lampa
Pribor: Prozirna flaša, biljno ulje (npr. suncokretovo ulje), voda, šumeća tableta, hrana za bojenje (po želji) i svjetiljka ili lampa za osvjetljavanje
Izvođenje eksperimenta:
Odaberite prozirnu flašu koju želite koristiti za svoju "lava lampu".
Napunite flašu otprilike 1/4 do 1/3 biljnim uljem. Ulje će plivati na vrhu jer je
manje
gusto od vode.
Dodajte nekoliko kapi hrane za bojenje u ulje i promiješajte ako želite raznobojni efekat.
Pustite da se boja ravnomjerno rasprostrani po površini ulja.
Pričekajte nekoliko minuta da se ulje i boja stabilizuju.
U posebnoj posudi pripremite malo vode i dodajte šumeću tabletu.
Tableta će stvoriti mjehuriće gasa u tečnosti.
Posmatrajte kako mjehurići počinju putovati prema gore kroz ulje. Oni će uzeti sa sobom komadiće
obojenog
ulja,
stvarajući efekat sličan "lava lampi".
Ako želite dodatno osvijetliti svoju "lava lampu", postavite svjetiljku ili lampu za osvjetljavanje
ispod
flaše.
Zaključak: Ovaj eksperiment omogućava stvaranje simulacije "lava lampe". Posmatrajući kretanje mjehurića kroz različite gustoće tečnosti, bolje razumijemo principe fizike, kao što su gustoća i plutanje.
3. Brod na vodi
Pribor: Papirni brod, bojice, voda, veća posuda, kamenčići
Izvođenje eksperimenta: U veću posudu naspite vodu. Napravite brod od papira (ukoliko ne znate, na YouTubeu pronađite upustvo). Obojite brod po želji. Stavite brod u vodu. Posmatrajte kretanje broda. Šta zapažate?
Šta će se desiti kada na brod stavite kamenčiće? Možete staviti prvo manje kamenčića pa više.
4. Mandarina
Pribor: Dvije Mandarine, prozirna posuda, voda
U prozirnu posudu naspemo vodu. Jednu mandarinu ogulimo. Prvo stavimo oguljenu mandarinu u vodu, šta se desilo? Nakon toga stavimo mandarinu koju nismo ogulili u vodu i zapazimo njen položaju vodi.
Zaključak: Jedna je mandarina potonula, a druga je plutala. Oguljena i neoguljena mandarina nemaju istu gustoću. Ona mandarina koja pluta ima ima više zraka u sebi i manju gustoću, šta mislite zašto?
Mini eksperiment - Gustoća
U ovom mini eksperimentu ćemo koristiti vodu koju ćemo obojiti bojom po izboru, suncokretovo ulje, ulje za bebe i kocku leda kako bismo saznali koja od navedenih tvari je najgušća.