Понятие плотности вещества

Определение плотности твердого тела.

Руководство к лабораторной работе по общей физике
для студентов всех специальностей

Разработчики:

Доцент кафедры ПФиНФ А.Г. Рипп

__________________ «_____» ___________2011 г.

Преподаватель кафедры ПФиНФ П.В. Потапков

__________________ «_____» ___________2011 г.

 

Севастополь

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Работы лабораторного практикума по физике делятся на три типа: исследовательские, измерительные и комплексные. Предлагаемая работа – измерительная. Она в практикуме – первая и выполняет роль введения. Поэтому её назначение – не столько изучение физики, сколько освоение типичных приёмов техники проведения экспериментов: проведение прямых и косвенных измерений, оценка погрешностей измерений, оформление отчёта о проведённом эксперименте.

Более конкретно, у данной лабораторной работы две цели.

1) Измерить плотность предложенного твёрдого тела (изделия).

2) Оценить случайную, приборную и полную погрешности измерения плотности.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Понятие плотности вещества

Плотность вещества – это физическая величина, численно равная массе вещества, содержащейся в единице объёма этого вещества. Обозначается она обычно буквой r. Единица измерения плотности в СИ – .

Более строгое определение плотности такое. Выделим малый элемент объёма вещества D V. Так как объём мал, то мала и масса вещества, содержащегося в этом объёме. Обозначим её D m. Тогда плотность вещества – это предел отношения D m к D V при устремлении D V к нулю.

. (1.1)

Устремление к нулю объёма D V означает, что плотность – это физическая величина, определённая в каждой точке пространства. Такие величины называются локальными или дифференциальными. Другие примеры локальных величин: температура и давление. В противоположность локальным величинам существуют глобальные или интегральные величины. Эти величины определены не для отдельных точек пространства, а для объектов, обладающих не равным нулю объёмом. Пример глобальной физической величины – это масса вещества. В каждой точке пространства масса вещества равна нулю, но для заданного объекта или для заданной области пространства объёмом V массу можно определить, сложив массы D m, содержащиеся во всех элементарных объёмах D V, входящих в V, то есть вычислив интеграл:

. (1.2)

Замечание. Материальная точка – по определению, объект, объём которого равен нулю, но масса не равна нулю. Однако надо понимать, что материальных точек в природе не существует, это – всего лишь удобная физическая модель, поэтому не удивительно, что некоторые её свойства – парадоксальны. Например, применение к материальной точке формулы (1.1) приводит к тому, что плотность вещества, из которого состоит материальная точка, равна бесконечности.

Если локальная величина во всех точках некоторого объекта имеет одно и то же значение, то она становится характеристикой объекта как целого, то есть становится фактически тоже глобальной величиной. Это характерно для так называемых однородных объектов. Однородным называют объект, свойства которого в каждой его области (в том числе, и в каждой его точке) одинаковы. Однородный объект – это идеализация, модель. Любой реальный объект хоть немного, но неоднороден. Однако модели для того и существуют, чтобы упростить описание реальных объектов окружающего мира. В данной работе как раз и предлагается считать измеряемый объект (в дальнейшем он называется изделием) однородным.