Масса тела. Плотность вещества и измерение объема

Если на тело не действуют другие тела (или действие всех тел скомпенсировано), тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. Это явление называют инерцией.

Инерция была открыта Галилео Галилеем и сформулирована Исааком Ньютоном в виде первого закона механики. Движение тела при компенсации всех внешних сил называют движением по инерции (скольжение шайбы по гладкому льду, полет космического зонда вдали от звезд).

Инертность — неотъемлемое свойство любого физического тела сохранять свою скорость неизменной и противиться мгновенному изменению скорости под действием приложенной силы. Чтобы изменить скорость более массивного тела, требуется значительно большее время или значительно большая сила.

Масса тела (m) — скалярная физическая величина, являющаяся количественной мерой инертных и гравитационных свойств тела.

Чем больше масса тела, тем оно более инертно: тем труднее сдвинуть его с места или остановить при движении. В Международной системе единиц (СИ) единицей массы является килограмм (кг).

Способы определения массы тела:

1. По взаимодействию с другим телом известной массы (через отношение приобретенных скоростей: m₁ / m₂ = v₂ / v₁).

2. Путем взвешивания на рычажных весах (сравнение силы тяжести тела с силой тяжести калиброванных гирь-эталонов).

Тела одинакового объема, изготовленные из разных веществ (например, бруски из алюминия, дерева и свинца), имеют совершенно различную массу. Это объясняется различным строением и плотностью упаковки атомов и молекул.

Плотность вещества (ρ — греческая буква «ро») — скалярная физическая величина, численно равная массе вещества в единице его объема:

ρ = m / V.

Физический смысл: плотность показывает, какую массу имеет один кубический метр (или кубический сантиметр) данного однородного вещества.

Зная плотность вещества по справочной таблице и объем тела, можно рассчитать его массу без непосредственного взвешивания: m = ρ · V. Это критически важно в строительстве, машиностроении и геологии для расчета массы крупногабаритных конструкций (мостов, плотин, запасов руды).

Аналогично, зная массу детали, находят необходимый для её отливки объем: V = m / ρ.

Плотности веществ в различных агрегатных состояниях сильно различаются:

• Металлы (твердые тела): осмий — 22 600 кг/м³, платина — 21 500 кг/м³, свинец — 11 300 кг/м³, сталь — 7 800 кг/м³, алюминий — 2 700 кг/м³.

• Жидкости: ртуть — 13 600 кг/м³, вода — 1 000 кг/м³, керосин и бензин — 800 кг/м³.

• Газы (при нормальных условиях): воздух — 1.29 кг/м³, гелий — 0.18 кг/м³, водород — 0.09 кг/м³.

Если тело состоит из нескольких компонентов (сплав бронзы, бетонный раствор, морская вода), его средняя плотность определяется отношением суммарной массы к суммарному объему:

ρ_ср = m_общ / V_общ = (m₁ + m₂ + ...) / (V₁ + V₂ + ...).

Для пористых материалов (кирпич, пенопласт, древесина) различают истинную плотность вещества и среднюю плотность образца с учетом внутренних воздушных пор:

ρ_{кажущаяся} = m / V_{внешний} < ρ_{истинная}.

Именно поэтому сухая древесина и пенопласт плавают на поверхности воды.