Gęstość w praktyce — dlaczego stalowy statek pływa, a lód unosi się na wodzie
Czym jest gęstość, jak ją obliczyć, dlaczego olej pływa po wodzie, jak działa prawo Archimedesa i ile waży metr sześcienny piasku, betonu czy drewna. Fizyka z codziennych sytuacji, z prostymi obliczeniami.
Gęstość — ile masy w danej objętości
gęstość = masa ÷ objętość ρ = m ÷ V woda: 1000 kg/m³ = 1 g/cm³ = 1 kg/l
Znając dwie z trzech wielkości, obliczysz trzecią w kalkulatorze gęstości, masy i objętości. Objętość brył (prostopadłościan, walec, kula) podpowie kalkulator objętości.
Gęstości codziennych materiałów
| Materiał | kg/m³ (orientacyjnie) |
|---|---|
| styropian | 15–30 |
| drewno sosnowe (suche) | ok. 500 |
| lód | 917 |
| olej roślinny | ok. 920 |
| woda słodka / morska | 1000 / ok. 1025 |
| piasek suchy | ok. 1600 |
| beton | ok. 2400 |
| aluminium | 2700 |
| stal | ok. 7850 |
| złoto | 19 300 |
Przydatne przy zamawianiu materiałów: 1 m³ betonu waży ok. 2,4 tony — wywrotka 8 m³ to ponad 19 ton (zob. kalkulator betonu i ile betonu na płytę).
Prawo Archimedesa
Na ciało zanurzone w cieczy działa siła wyporu równa ciężarowi wypartej cieczy. Jeśli ciało ma mniejszą gęstość niż ciecz — pływa. Dlatego:
- lód pływa — ma gęstość 917 kg/m³, więc ok. 90% góry lodowej jest pod wodą (917 ÷ 1025 w wodzie morskiej),
- olej pływa po wodzie i nie miesza się z nią,
- stalowy statek pływa, bo liczy się średnia gęstość całego kadłuba z powietrzem w środku — jest dużo mniejsza od gęstości wody. Gdy kadłub nabiera wody, średnia gęstość rośnie i statek tonie,
- w morzu łatwiej się unosić — słona woda ma większą gęstość; w Morzu Martwym (ok. 1240 kg/m³) można leżeć na powierzchni.
Gęstość i temperatura
Większość substancji rozszerza się przy ogrzewaniu, więc ich gęstość maleje. Woda jest wyjątkiem: największą gęstość ma w temperaturze ok. 4 °C. Dlatego zimą na dnie jeziora jest woda o temperaturze ok. 4 °C, a lód tworzy się od góry i chroni życie pod spodem.
Gęstość roztworów
Rozpuszczony cukier czy sól zwiększają gęstość wody — na tym opiera się pomiar zawartości cukru w moszczu czy stężenia elektrolitu w akumulatorze areometrem. Stężenia i rozcieńczanie roztworów opisuje poradnik stężenie procentowe. Ciśnienie słupa cieczy też zależy od gęstości: p = ρ · g · h (zob. kalkulator ciśnienia i jednostki ciśnienia).
Narzędzia do tego poradnika
gęstośćprawo Archimedesawypornośćfizyka w praktycemasaobjętość