Jak wyjaśnić gęstość

Gęstość to fizyczna właściwość obiektu, która łączy w sobie przestrzeń zajmowaną przez obiekt oraz ilość materii w nim obecnej. Matematycznie gęstość definiuje się jako masę obiektu podzieloną przez jego objętość. Gęstość jest ważnym pojęciem w fizyce i ma wiele codziennych zastosowań, takich jak wyjaśnianie, dlaczego lód w twoim napoju unosi się. Sposób, w jaki komunikujesz tę koncepcję, zależy w pewnym stopniu od wieku i poziomu wykształcenia odbiorców, ale istnieje kilka sposobów na wyjaśnienie gęstości.

Aby zrozumieć gęstość, ważne jest, aby najpierw zrozumieć właściwości fizyczne składników, które składają się na gęstość. Masa to ilość materii obecnej w obiekcie. Często jest mylony z wagą, która jest powiązanym pomiarem wpływu grawitacji na masę obiektu. Masa, mierzona na skali, reprezentuje sumę obecnych atomów. Objętość to przestrzeń, którą zajmuje obiekt lub substancja. W przypadku pudełka objętość zostanie obliczona jako szerokość pomnożona przez głębokość i wysokość. W przypadku obiektów nieregularnych obliczenia stają się bardziej skomplikowane.

Choć wątpliwa co do autentyczności, historia Archimedesa jest zabawnym sposobem na wprowadzenie gęstości. Archimedes został wynajęty, aby ustalić, czy korona jest szczerym złotem, czy złotem zmieszanym ze srebrem. Podczas kąpieli Archimedes zauważa, że ​​masa i objętość jego ciała wyparły wodę. Wykrzyknął „Eureka!” i próbował zanurzyć równe masy złota i srebra w wodzie. Srebro wypierało więcej wody, ponieważ było mniej gęste. Następnie udał się do króla i porównał koronę do kawałka czystego złota o równej wadze. Korona wypierała więcej wody niż czyste złoto, a zatem była oszustwem.

Gęstość można również wyjaśnić eksperymentem myślowym. Wyobraź sobie windę z jedną osobą na niej. Winda jedzie kilka pięter i zabiera jeszcze dwie osoby. W miarę jak wznosi się na szczyt budynku, coraz więcej osób wsiada do windy, aż jest bardzo zatłoczona piętnastoma osobami. Przestrzeń wewnątrz kabiny windy, jej objętość, nigdy się nie powiększa. Gdy każda nowa osoba wsiada, całkowita masa w windzie wzrasta, a przestrzeń między ludźmi staje się coraz mniejsza, jak atomy w obiekcie o dużej gęstości. Gęstość windy zwiększa się, gdy podnosi się i gromadzi ludzi w naszym eksperymencie myślowym.

Wizualnym sposobem wyjaśnienia gęstości jest zbadanie pływającego obiektu. Lód lub kawałek korka unosi się w szklance wody. Możesz zacząć od poproszenia słuchaczy, aby zastanowili się, dlaczego niektóre przedmioty unoszą się, a inne toną. Odpowiedzią jest oczywiście gęstość. Grawitacja przyciąga wszystkie obiekty, a ciała stałe, które są gęstsze niż płyn, w którym są zawieszone, będą ciągnięte przez ten płyn w kierunku ziemi, tj. zatopią się. I odwrotnie, jeśli gęstość ciała stałego jest mniejsza niż płynu, płyn będzie go wspierał, a siła grawitacji nie będzie wystarczająca, aby zatonąć.