Средняя плотность и плавание тел

Всплывающие и тонущие тела
Проделаем опыт. Нам понадобятся сосуды со спиртом, водой и раствором соли (см. рисунок). Возьмем также куриное яйцо и кубик льда. Опустим их сначала в спирт. И лед, и яйцо утонут. Переложим тела в воду. Яйцо утонет, а лед будет плавать. В растворе соли оба тела будут плавать.
Для объяснения результатов опыта воспользуемся числовой прямой. Взгляните: на ней отмечены плотности всех веществ и тел, использованных в опыте. Мы видим, что плотность льда больше плотности спирта, и в нем лед тонет. Однако плотность льда меньше плотности воды и раствора соли. Поэтому в них лед плавает. На прямой мы отложили и "плотность яйца" – около 1050 кг/м3. Это так называемая средняя плотность яйца, ведь оно состоит сразу из нескольких веществ: белка, желтка и скорлупы. Вы видите, что средняя плотность яйца больше плотности воды, но меньше плотности раствора соли. Поэтому в воде яйцо тонет, а в растворе соли – плавает.

Обобщая результаты опыта, сделаем вывод: если средняя плотность тела больше плотности жидкости, то это тело в ней тонет; если же средняя плотность тела меньше плотности жидкости, то тело в ней всплывает.
Средняя плотность тела вычисляется по той же формуле, что и плотность вещества, изученная в предыдущем параграфе. Однако, в отличие от плотности вещества, числовое значение средней плотности тела не показывает массу единицы объема этого тела. Например, средняя плотность яйца 1050 кг/м3 или, в более удобных единицах, – 1,05 г/см3. Однако из этого не следует, что масса каждого 1 см3 внутри яйца будет именно 1,05 г.

Плавающие тела.
Красивое явление – айсберг, плавающий в океане. Однако знаете ли вы, что нашему взору предстает лишь 1/10 часть всего айсберга, а 9/10 - скрыты водой. Но если же в воде будет плавать бревно, то оно будет погружено примерно до половины – взгляните на рисунок. Почему же вода скрывает от нас только половину бревна, а айсберг – почти целиком? Попробуем выяснить.
Вспомним, что плотность льда составляет 900 кг/м3, а плотность древесины – около 500 кг/м3 в зависимости от ее породы и влажности. Представим эти числа графически – в виде так называемой столбчатой диаграммы. На этой же диаграмме покажем значение плотности пресной воды – 1000 кг/м3.

Сравним получившиеся "столбики" – взгляните на диаграмму. Нетрудно видеть, что длина столбика "древесина" составляет половину (то есть 1/2 часть) от длины столбика "вода".
Аналогично, длина столбика "лед" составляет 9/10 от длины столбика "вода". Другими словами, средняя плотность древесины составляет 1/2 от плотности воды, а льда – 9/10 от той же плотности.
Из этих рассуждений можно сформулировать обобщение: внутри жидкости находится такая доля плавающего тела, какую составляет его средняя плотность от плотности окружающей тело жидкости.
Плавающее тело, например айсберг, может быть большим или маленьким. В зависимости от этого объем погруженной части тоже будет большим или маленьким. Но, несмотря на это, погруженная доля останется прежней – 9/10.

2.1. Все тела в мире притягиваются друг к другу. Это явление называют явлением всемирного тяготения или явлением гравитации.
2.2. Скорость никакого тела нельзя изменить мгновенно; для этого необходимо некоторое время. Свойство тел требовать некоторого времени для изменения своей скорости называют инертностью тел.
2.3. Масса – физическая величина, выражающая два свойства тела. Первое – притягиваться к другим телам. Чем больше масса тела, тем заметнее это притяжение. Второе – свойство тела требовать некоторого времени для изменения своей скорости. Это время тем больше, чем больше масса тела.
2.4. Масса тела не зависит от его температуры, скорости движения и места проведения измерений.
2.5. Весы – прибор для измерения массы тел. Действие рычажных весов основано на сравнении притяжения тел и гирь к Земле. Единица измерения – 1 кг.
2.6. Средняя плотность – физическая величина, равная отношению массы тела к занимаемому им объему. Плотность выражает свойство различных тел равного объема иметь различную массу. Единица измерения – 1 кг/м3.
2.7. Если тело однородное, то средняя плотность тела одновременно является плотностью его вещества. Числовое значение плотности вещества показывает массу единицы объема данного вещества.
2.8. Плотность веществ зависит от их агрегатного состояния. При переходе в газообразное состояние плотность всех веществ уменьшается. При переходе из твердого состояния в жидкое плотность большинства веществ также уменьшается. Одним из немногих исключений является, например, вода.
2.9. Плотность веществ зависит от температуры: при нагревании плотность обычно уменьшается. Одним из немногих исключений является вода. Ее плотность изменяется аномально: при нагревании от 0 до +4 °С увеличивается, от +4 °С и выше – уменьшается.
2.10. Тело, средняя плотность которого меньше плотности жидкости (или газа), будет всплывать и плавать на ее (его) поверхности. Тело, средняя плотность которого больше плотности жидкости (или газа), будет тонуть, пока не достигнет опоры или дна сосуда.
2.11. В жидкость погружена такая доля плавающего тела, какую составляет средняя плотность этого тела от плотности жидкости.
2.12. Ареометр – прибор для измерения плотности жидкостей. Его действие основано на зависимости погруженной доли плавающего тела от плотности окружающей его жидкости.

Таблица плотностей некоторых веществ
Примечание. Плотности выражены в кг/м3 при 20 °С. Плотности газов даны при 0 °С и нормальном атмосферном давлении, плотности сжиженных газов – при температуре кипения при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.).