Краткая теоретическая справка.

Плотностью тела называется физическая величина, равная отношению массы тела к его объему:

где m и V – соответственно масса и объем тела.

Выражение (1) справедливо лишь для однородных тел. В неоднородных телах плотность в разных точках объема различная. В этом случае выбирают малый объем ΔV, внутри которого тело можно считать однородным. Тогда

Т. о., чтобы определить плотность тела, нужно знать его массу и объем. Для нахождения плотности жидких веществ и твердых тел произвольной формы предлагаются два метода: при помощи пикнометра и метод гидростатического взвешивания.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ ПРИ ПОМОЩИ ПИКНОМЕТРА.

Пикнометр – стеклянный сосуд определенной емкости (50 – 100 мл). Метод определения плотности с его помощью является одним из наиболее точных и состоит в следующем:

Взвешивают пустой хорошо просушенный пикнометр. Затем его заполняют дистиллированной водой комнатной температуры и определяют вес. После чего вместо воды в пикнометр наливают исследуемую жидкость и вновь взвешивают.

Допустим, что пустой пикнометр, находящийся на левой чашке весов, уравновешен разновесами, находящимися на правой чашке весов. В таком случае на левую чашку весов действует сила

равная весу пустого пикнометра

в воздухе:

так как силы действуют по вертикали, то в проекции на вертикальную ось:

На правую чашку весов действует сила, равная

, то:

где

- вес воздуха, вытесненного разновесами (сила Архимеда),

- объем разновесов с правой чашки весов, который может быть определен по формуле:

где

- плотность вещества из которого сделаны разновесы. Тогда (2) примет вид:

При условии равновесия весов можно записать:

Теперь, взвешивая пикнометр с дистиллированной водой, получим новое равновесие весов:

где

- вес дистиллированной воды в вакууме;

- вес вытесненного водой воздуха (сила Архимеда);

- плотность воды при комнатной температуре;

- плотность воздуха при комнатной температуре; V – объем воды; P₂ – вес разновесов в вакууме.

Заменим воду жидкостью, плотность которой надо определить. Условия равновесия весов:

где

- вес исследуемой жидкости в вакууме;

- плотность исследуемой жидкости;

- вес разновесов в вакууме.

При делении равенства (9) на равенство (7) получаем:

Из (10) получаем выражение для определения плотности жидкости:

Для удобства преобразуем формулу (11). Каждая из величин Р₁, Р₂, Р₃ в (11) можно представить в виде произведения соответствующей массы на ускорение силы тяжести g. Разделив на g получим:

С помощью пикнометра можно определить плотность твердых тел. Для этого взвешивается пустой пикнометр, затем взвешивается пикнометр с дистиллированной водой, а далее – исследуемое тело в воздухе, которое затем погружается в пикнометр.

Допустим, что в результате проделанных взвешиваний вес пустого пикнометра выразится равенством (3), вес пикнометра с дистиллированной водой равенством (4).

При взвешивании исследуемого тела в воздухе условие равновесия запишется следующим образом: