Физика
Мы часто употребляем фразы наподобие: «Пачка конфет весит 250 грамм» или «я вешу 52 килограмма». Использование таких предложений происходит автоматический. Но что такое вес? Из чего он складывается и как его посчитать?
Для начала нужно понять, что неправильно говорить: «Этот предмет весит Х килограмм». В физике существует два разных понятия – масса и вес. Масса измеряется в килограммах, граммах, тонах и так далее, а вес тела рассчитывается в ньютонах. Поэтому, когда мы говорим, например, что мы весим 52 килограмма, мы на самом деле имеем в виду массу, а не вес.
Пасмурная осенняя погода – не повод скучать у окошка или за очередной игрой на ноутбуке. Самое время удивить своих родных домашними экспериментами, один из которых – создание неньютоновской жидкости. В статье мы расскажем об одном из экспериментов занимательной физики.
Что такое неньютоновская жидкостьНеньютоновская жидкость названа в честь знаменитого английского физика Исаака Ньютона. Этот первооткрыватель закона всемирного тяготения известен не только своей любовью к яблокам. Однажды, плавая на лодочке по реке, он заметил, что весла странно себя ведут. Чем с большей силой он греб веслами, тем большее сопротивление оказывала вода. Если же он весла отпускал, греб медленно, то и вода по ним проходила легко.
Так, Исаак Ньютон сформулировал еще один закон физики: «Вязкость жидкости пропорциональна воздействию на нее». Если по воде шлепнуть рукой, то сопротивление воды будет ощутимо. Если же руку просто опустить в воду, то вода практически не сопротивляется.
Но не все жидкости подчиняются этому закону. Некоторые жидкие субстанции, например, слизь, ведут себя так, будто им закон Ньютона не писан. Их и назвали неньютоновскими.
Как сделать неньютоновскую жидкостьСамый простой и незамысловатый способ изготовления – воспользоваться помощью крахмала.
Рецепт с крахмаломДля этого нам понадобятся:
крахмал – 2 части; вода – 1 часть; емкость для смешивания.В крахмал медленно (главное условие!) добавляем воду комнатной температуры и тщательно размешиваем. По консистенции полученный материал должен напоминать кисель. Чтобы сделать субстанцию цветной, можно добавить пищевой краситель.
Такая неньютоновская жидкость удивит своими свойствами не только детей, но и взрослых.
Вот какие эксперименты можно с ней провести:
Если положить ладонь на дно чашки с массой, а потом резко вынуть, то велика вероятность, что тарелка поднимется вместе с рукой. Если провести по поверхности субстанции руками, она соберется в комочки. Если в нее поместить ладонь и резко сжать пальцы, то между пальцами образуется твердая прослойка. Из субстанции при быстром взаимодействии можно скатать колобок или трубочку. Если переливать вещество из чашки в чашку, то можно заметить, как сверху она льется будто вода, а снизу застывает, будто тесто.Если крахмала среди домашних припасов нет, можно поэкспериментировать и без него.
Рецепт с клеем ПВАДля этого рецепта понадобятся следующие ингредиенты:
три четверти стакана воды и еще половина стакана воды; один стакан клея ПВА; две столовых ложки буры.В одной емкости тщательно смешиваем клей ПВА и три четверти стакана воды. В другой емкости смешиваем 2 столовых ложки буры и половину стакана воды. Перемешать до полного растворения буры. Затем соединяем обе жидкости в одну, при необходимости добавляем цветной краситель и снова все тщательно перемешиваем. Полученную субстанцию можно положить в пакет и оставить храниться в холодильнике, а при необходимости снова достать для игр.
«Вкусный» рецепт неньютоновской жидкостиЭтому рецепту особенно порадуются детки-сладкоежки.
Банку сгущенки выливаем в кастрюльку и ставим на небольшой огонь на плиту. Добавляем столовую ложку крахмала, помешиваем и варим, пока жидкость не загустеет. В полученную субстанцию также для красоты можно добавить пищевой краситель. После того как масса станет однородной и загустеет, необходимо снять ее с плиты и поставить остужаться. Когда дети вдоволь наиграются с тем, что получилось, сладкое вещество с удивительными свойствами можно будет съесть.
Неньютоновская жидкость в природе и в бытуСамым известным воплощением неньютоновской жидкости в природе являются зыбучие пески. Из-за необычной формы песчинок они обладают свойствами как твердых, так и жидких материй. Поток воды, циркулирующий под зыбучими песками, делает песок рыхлым. Когда человек наступает на него, песчинки перераспределяются, и его начинает засасывать. Чем сильнее человек сопротивляется, тем с большей скоростью он погружается в песок. Единственный способ выбраться – двигаться максимально медленно и плавно. Аналогичными свойствами обладает и болотная трясина, которая погубила немало людей, не знавших о свойствах неньютоновской жидкости.
Самым интересным применением неньютоновской жидкости в быту стала игрушка «Лизун», которая была произведена впервые в 1976 году. Из-за своих удивительных свойств она моментально приобрела необыкновенную популярность. Эластичность, текучесть, способность бесконечно трансформироваться сделали «Лизуна» одним из самых желанных приобретений для детей того времени. Игрушка пользуется спросом и сегодня.
Также неньютоновскую жидкость научились применять в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности. Свойствами данной субстанции обладают сточные грязи, жидкое мыло, зубная паста.
Что такое ньютоновская жидкостьНьютоновская жидкость – это текучее вещество, которое, в отличие от своего антагониста, подчиняется закону о вязкости Исаака Ньютона. Каких-то особых рецептов изготовления она не требует. Подобных субстанций вокруг нас множество – вода, растительное масло, молоко, сок. С какой бы силой на них ни воздействовали, перемешивают ли или переливают их, они все равно сохраняют свои жидкие свойства. Такая жидкость не застывает, если ее переливать из кружки в кружку, и не собирается в комочки, если по ней провести рукой.
ВидеоПосмотрите, как в домашних условиях сделать неньютоновскую жидкость своими руками.
Всем нам со школы известны две шкалы измерения температуры: по Цельсию и по Фаренгейту. Конечно, есть и другие системы, но они не столь популярны и не нашли широкого применения как в повседневной жизни, так и среди учёных.
А знаете ли вы? Если 20 градусов по Цельсию умножить на два, то температура не будет в два раза больше! Да, температура составит те же 40 градусов, но с научной точки зрения тепловая энергия в обоих случаях будет разной. Знаете почему? А потому что шкала Цельсия не является пропорциональной, она относительна между двумя точками и является системой интервалов.
Фаренгейт в Цельсий – туда и обратноФормулаЧтобы перевести Фаренгейты в Цельсии, опишу формулу перевода значений:
°C = (°F – 32) /1,8; °F = 1,8°C + 32.Разберём формулу на простом примере. Допустим, нам необходимо узнать, сколько градусов по Фаренгейту составит наша обычная температура тела (36,6). Для этого умножим на 1,8 и прибавим к полученному числу 32. Итого получается – 65,88+32 = 97,88. Тут всплывает любопытный факт. Во времена Габриеля Фаренгейта (семнадцатый век) нормой считалась температура тела 35,5 градусов, поэтому в его шкале это число было не 97,88, а 96. По крайней мере, именно эту температуру тела использовал физик.
Разберём другой пример. По шкале физика из Польши температура кипения воды составляет 212 градусов. Тут стоит сразу уточнить, что это средняя и наиболее оптимальная цифра для большинства случаев и условий, ведь температура кипения будет меняться при ином давлении воздуха. Итак, чтобы перевести 212 градусов по Фаренгейту в температуру по Цельсию, нужно отнять 32 и разделить полученное число на 1,8. Итого выходит: 180 /1,8 = 100.
Если же собственные расчёты вас не устраивают и/или нет времени, можно воспользоваться онлайн-сервисами, где не нужна специальная регистрация и останется лишь ввести нужные цифры, чтобы получить интересующий результат.
Возникновение шкалы ФаренгейтаКак ни странно, но Фаренгейт изобрёл свою систему первым, хоть она и не стала столь популярной. Произошло это почти случайно. Относительно молодой учёный долгое время пытался найти способ фиксировать температуру различных веществ с помощью прибора, пока однажды в его самодельном термометре смесь соли, льда и нашатыря не упала до нуля.
Эта точка была самой низкой в городе, где он проживал. Именуется город Данцигом, что в Западной Европе. Случилось сие событие в 1709 году, когда была одна из самых суровых зим на дворе. Тогда-то учёный и посчитал нужным взять за начальную точку именно эту температуру. Но в системе подобного рода должны быть две точки.
Второй точкой могла бы стать температура кипения воды, но Фаренгейта смущало то, что при разных условиях (из-за давления воздуха в основном) это число будет иным. Тогда второй точкой он взял нормальную температуру человеческого тела. Возможно, три века назад она и составляла 35,5 градусов, но сейчас каждому школьнику известно, что средняя температура человеческого тела составляет 36,6 градусов.
Из-за этого, вероятно, и не стала популярной его шкала. Да, она приобрела распространение среди тех, кто «рядом», но сегодня весь мир использует шкалу Цельсия, кроме США и нескольких «уникумов». Случилось это отчасти потому, что на тот момент и не было других альтернатив, Цельсий изобретёт свою шкалу спустя лишь 30 лет. Кроме того, Фаренгейт состоял в членстве королевского общества, что, грубо говоря, затрудняло переход на новую шкалу.
Но есть и другая версия рождения этой «чудо» шкалы. Олоф Рёмер – знакомый Габриеля Фаренгейта ранее уже нашёл значения температурной шкалы. Разница была лишь в числовых показателях. Фаренгейт же просто взял, да и умножил все числа на 4, чтобы получились целые, а не дробные числа в ключевых точках, как плавление льда и температура человека. Ах да, ещё он немного сдвинул шкалу, чтобы никто ничего не догадался. И вот этот вариант, где много неточностей, используют и по сей день.
Появление на свет нашей любимой шкалы ЦельсияТо ли дело наш спаситель с нормальной человеческой шкалой – красавец Андрес Цельсий. Его единица измерения появилась в 1742 году. Андрес изучал геологию и метеорологию и в какой-то момент он понял, что пора замутить свою шкалу. Изначально, в его шкале начальная точка была точкой кипения воды, а конечная – таяние льда. Спустя какое-то время шкалу перевернули и поменяли начальную и конечную точку. Таким образом, точкой таяния льда составляла ноль градусов, а кипения воды – 100 градусов.
Цельсий быстро прославился, о его системе узнали по всему миру и постепенно люди стали переходить на его шкалу. Некоторые не делали этого намеренно ввиду каких-то политических соображений, из-за чего, конечно же, страдали простолюдины.
По сей день данную шкалу используют во всём мире, кроме тех же США. Всё-то у них своё – и мили вместо километров, и килограммы им не нравятся…Однако все используют доллары этих монополистов, вот так ирония. Но не будем отклоняться от темы.
Применение температурных шкалПричины использования системы Цельсия:
её используют почти все на планете; она удобная при повседневных и научных расчётах; отсутствие адекватных альтернатив.Несмотря на неудобность во многих смыслах использования шкалы Фаренгейта, отказаться от её применения было тем сложнее, чем затягивался этот переход. В итоге до сих пор научные сотрудники NASA используют непопулярные системы исчисления, чтобы не было просчётов в космических разработках. Но не всё так печально, на данный момент принято обозначать сразу две системы, чтоб постепенно перевести людей на всеми принятую шкалу.
Несмотря на очевидное преимущество шкалы Цельсия, стоит отдать должное Фаренгейту. Ведь не будь этого изобретения, то не с чем было бы сравнивать, и не от чего было бы отталкиваться. Это тот самый пример, где без худа нет добра.
ВидеоВидео поможет вам запомнить формулу перевода градусов Цельсия в Фаренгейта.
Наш с вами мир, по своей сути, довольно сложно устроен. Практически во все времена людей интересовало устройство самого мира и отдельных его явлений, с которыми нам приходится сталкиваться чуть ли не каждый день.
Удивлял и завораживал людей мир чуть ли не с момента их появления, но тогда никто не мог объяснить множество явлений. Людям оставалось только гадать, удивляться, бояться, ну и искать защиту от всего, с чем им пришлось или придётся столкнуться.
Разберёмся в вопросе, что такое сила тяги. Как следует из самого названия – это сила, которую необходимо прикладывать к телу, чтобы оно находилось в состоянии постоянного движения.
Физика - наука невероятно увлекательная, если разобраться, что там к чему. А формулы в ней отражают реальные физические процессы, только в цифрах. И если вы будете понимать, почему формула именно такова, то учиться будет много легче. Но все сразу рассказать невозможно, и сегодня мы разберемся, как произвести нахождение массы через плотность и объём.
Прежде, чем приступить к изучению формул массы, плотности и объёма, следует уточнить некоторые детали:
Во-первых, объём вещества зависит от температуры. При нагревании твёрдое вещество расширяется, при низкой температуре уменьшается. Есть также особые моменты, как в случае с жидким водородом. Он не может существовать при высокой температуре, потому что превратится в газ. Во-вторых, разные организации и страны имеют свои стандарты условий, при которых проводятся измерения. Иными словами, числовой показатель плотности одного и того же вещества в разных странах будет отличаться. Поэтому, прежде чем утверждать, что показатели неверные или правильные, следует уточнить условия, при которых эти показатели были получены. В-третьих, помимо температуры, на фактор объёма могут влиять и такие показатели, как атмосферное давление. Оно особо важно при измерении плотности газов, так как на твёрдые вещества это практически не влияет.Формула и удивительная история её возникновенияСамая обычная формула для большинства случаев имеет вид: m = pV , где m – масса тела, p и V – плотность вещества и его объём, занимаемый в пространстве соответственно. Можно, конечно, не заморачиваться и посчитать всё на онлайн-ресурсах, но знать формулу всё же полезно. Соответственно V = m / p , p = m / V .
Самое интересное – это то, что формулу нашёл мужик, который бегал голышом по улице и был при этом другом царя. Интересно? Тогда следующие три абзаца для вас.
Был в Древней Греции такой царь-тиран, как Гиерон II. Он начал подозревать, что его корону сделали не из чистого золота и ювелиры его облапошили. Но Гиерон не знал, как можно это доказать. Тогда он обратился к умнейшему человеку того времени – Архимеду. Получив приказ разобраться с делами государственной важности, Архимед день за днём стал искать решение вопроса.
Ох, и нелёгкая же задачка выпала учёному. Ведь на то время не было ни нужных формул, ни современных девайсов, ни гугла, чтобы быстренько найти решение. И вот однажды, придя в баню и погрузившись в неё, Архимед заметил, что выливающаяся вода равна по объёму тому, что погружено в воду.
Эврика! – Прокричал Архимед и нагишом поспешил в свою лабораторию проводить опыты. Учёный сложил все данные в своей голове и позже проделал следующий опыт: он взял корону и опустил её в воду. Затем он взял кусок золота такого же веса и опустил его также в воду. Объём вытесненной воды получился разным. Если бы корона была сделана из чистого золота, то её объём и слитка совпали. Это доказывало то, что ювелиры обманули царя. Кто бы мог подумать, что одно из величайших открытий появилось благодаря обманщикам, тирану и учёному.
Обозначения и терминыДалее будет приведён список понятий и их определение в условиях понятий об измерениях плотности:
Масса – плотность тела, помноженная на его объём, занимаемый в пространстве. Это также величина, определяющая силу воздействия гравитационного поля на объект. Объём – физическая величина, характеризующая количество пространства, занимаемое объектом. Плотность определяет то, какое количество вещества умещается в объёме при определённом весе в стандартных условиях. Нормальные/стандартные условия в разных организациях имеют свои значения. К таким условиям относятся температура окружающей среды, атмосферное давление и в отдельных случаях прочие параметры. Атмосферное давление – понятие, применяемое больше для газов, так как на их объём имеет большое влияние, нежели на твёрдые вещества. Атмосферное давление можно определить как силу, с которой воздействует воздух на Землю под действием гравитационного поля. Температура – физический показатель степени нагрева вещества. Чем больше температура, тем больше объём тела.Примеры решения задачПрежде чем приступить к примерам, следует понимать, что если данные даны в килограммах и кубических сантиметрах, то нужно либо сантиметры перевести в метры, либо килограммы перевести в граммы. По такому же принципу надо переводить и остальные данные – миллиметры, тонны и так далее.
Задача 1. Найти массу тела, состоящего из вещества, плотность которого равна 2350 кг/м³ и имеет объём 20 м³. Применяем стандартную формулу и с лёгкостью находим значение. m = p*V= 2 350 * 20 = 47 000 кг.
Задача 2. Уже известно, что плотность чистого золота без примесей равна 19,32 г/см³. Найти массу драгоценной цепочки из золота, если объём составляет 3,7 см³. Воспользуемся формулой и подставим значения. p = m / V = 19,32/3,7 = 5,22162162 гр.
Задача 3. На склад поставили металл с плотностью 9250 кг/м³. Масса составляет 1,420 тонн. Нужно найти занимаемый металлом объём. Тут нужно сначала перевести либо тонны в килограммы, либо метры в километры. Проще будет воспользоваться первым методом. V = m / p = 1420/9250 = 0.153513514 м³.
Зачем и кому нужно знать эти формулыВ любой стране есть стандарты, по которым производится продукция. Неважно, какая это отрасль – пищевая, химическая или другая. Стандарты также могут быть мировыми. Так вот для того чтобы выпускаемая на заводах продукция соответствовала этим стандартам и нужны знания о плотности, массе и объёме.
Но зачем кому-то придерживаться чьих-то правил? Для начала, эти правила взяты не с потолка. К этому пришли разные бизнесмены со всего мира и нашли оптимальное решение, удовлетворяющее как производителей, так и конечных пользователей продукта. Если бы все выпускали продукцию как им вздумается, то людям было бы очень тяжело выбрать производителя. Ведь даже сейчас, со всеми стандартами и ГОСТами выбор просто огромный.
Кроме того, игнорируя физику и математику, можно выработать продукцию себе же в убыток или сделать продукцию, которая не оправдает ожиданий и будет выглядеть не так, как задумывал производитель. Есть и другие ситуации, где необходимы знания подобного рода – при подсчёте планируемого объёма, который займёт продукция на складе; вес продукции, которую нужно будет перевести и т.д.
Эти знания могут потребоваться инженерам, технологам, конструкторам и прочим профессиям, чья деятельность связана с физическими материалами. Конечно, для простого обывателя эти знания могут и не пригодиться. Однако, стоит вспомнить про случай с Архимедом и тогда вы поймёте, что знания – защита от обмана и настоящая сила!
ВидеоВ видео очень подробно объясняется, как рассчитать массу и объем тела по его плотности.
Во всём мире применяется метрическая система измерений СИ. Основными единицами измерения в ней являются метр для длины, секунда для времени и грамм для веса. А вот, объем измеряют то литрами, то кубическими метрами. Не все страны вошли в эту метрическую систему, их единицы измерения отличаются. Для того, чтобы не было путаницы, надо знать и другие меры.
Довольно часто в повседневной жизни (на кухне, в гараже, на даче) нам приходится переводить миллиграммы в миллилитры. На самом деле этот перевод обычно не вызывает затруднений. Хотя, люди нередко путают две эти величины, а зачастую ставят между ними знак равенства. Этого делать категорически нельзя, особенно когда необходимо рассчитать дозировку лекарства. Давайте разберёмся по порядку.
