Сравнение плотностей некоторых тел

Оперируя знаниями, полученными на уроках биологии о клеточном строении тканей растений, рассматривая под микроскопом срезы тканей разных растений, можно сравнивать их физические плотности.

В физике главным методом исследования явлений является математический метод исследования, так как большинство физических формул выражают не только зависимость физических величин, но и способ их вычисления. Например:.

ПЛОТНОСТЬ ВЕЩЕСТВА

Плотность вещества – это отношение массы вещества к занимаемому им объему:

, где m - масса, V - объем.

Плотность измеряется в системе СИ в кг/куб. м. Практическое значение имеет единица измерения плотности вещества 1 г/куб. см.

Для сыпучих и пористых тел различают

-истинную плотность (без учета пустот),

-кажущуюся плотность (отношение массы вещества ко всему занимаемому им объему).

Плотность вещества численно равна его массе, заключенной в единице объема.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТЕЙ НЕКОТОРЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Для измерения плотности жидкостей мы использовали ареометр (денсиметр, плотномер).

Он представляет собой стеклянную трубку, нижняя часть которой при калибровке заполняется дробью или ртутью для достижения необходимой массы. В верхней, узкой части находится шкала, которая проградуирована в значениях плотности. Так как плотность жидкостей сильно зависит от температуры, ареометр иногда снабжают термометром для одновременного измерения температуры. При измерении плотности сухой и чистый ареометр помещают в сосуд с этой жидкостью так, чтобы он свободно плавал в нем. Значения плотности считывают со шкалы ареометра, по нижнему краю мениска.

Для эксперимента по определению плотностей жидкостей мы использовали те жидкости, плотности которых лежат в пределах 700 – 760 кг/м куб. , 880 – 940 кг/м куб. , 1300 – 1360 кг/ м куб.

Выбор жидкостей был обусловлен тем, что в нашем наборе присутствовали ареометры, которые могли давать показания плотностей в выше указанных пределах. Плотность подсолнечного масла, например, измерялась ареометром, имевшим диапазон измерений от 880 кг/м куб. до 940 кг/ м куб.

Результаты измерений плотностей жидкостей при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. Они хорошо согласуются со справочными данными.

Плотности жидкостей при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении в кг/ м куб.

Подсолнечное масло 930 Машинное масло 900

Мед цветочный 1320 Бензин 740

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТЕЙ НЕКОТОРЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Для определения плотностей твердых тел мы из плодов свёклы, картофеля, моркови, банана и яблони сорта «Китайка» вырезали соответственно куб, прямоугольный параллелепипед, цилиндр, треугольную призму и шар. Объём этих геометрических тел измерялся двумя способами: с помощью геометрических формул и при помощи измерительного цилиндра. Погрешность измерения объёма в последнем случае составляла 0,5 мл.

И в первом и во втором случаях, масса тела определялась путём взвешивания на лабораторных весах с точностью до 0,01 г.

Плотности твердых тел, вычисленные с использованием геометрических формул.

(Плотность определялась при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении).

№ Название вещества Масса, г Объём, куб. см Плотность, г/см куб.

1 Свёкла 9 5,83 1,54

2 Клубень картофеля 8,55 7,42 1,15

3 Морковь 31,45 30,52 1,03

4 Плод банана 5,3 2,15 2,46

5 Плод яблони сорта «Китайка» 3,75 4,19 0,90

Плотности твердых тел

(Плотность определялась при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении, объём тел измерялся измерительным цилиндром).

Анализ результатов вычислений плотностей тел, представленных в таблице №3 показал, что наименьшую плотность имеет плод яблони сорта «Китайка». Затем в порядке возрастания плотностей следуют: плод банана, морковь, клубень картофеля и свёкла. На рисунках 2 - 4 показано как проводилось взвешивание исследуемых тел на рычажных весах, определение их объема при помощи измерительного цилиндра, измерение геометрических размеров тел с помощью линейки и штангенциркуля, а также определение плотностей жидкостей ареометрами.

Определение плотности плода яблони сорта «Китайка»

Измеряем штангенциркулем диаметр плода яблока.

Диаметр d=2см, тогда радиус R=1см.

Абсолютная погрешность измерения диаметра с помощью штангенциркуля составляет ∆R=±0,005см

Плод яблока представляет собой шар, объем которого можно найти по формуле:

Округляя число до сотых, получим.

Определяем массу этого плода с помощью лабораторных весов.

Рисунок 3. Взвешивание яблока сорта «Китайка».

Масса m=3 г 750мг=3,75 г. Измерение массы проводилось на лабораторных весах с абсолютной погрешностью измерения = 0,01г

Применяя формулу объема шара V=, получим.

Округляем результат до сотых, получаем

Определение плотности вещества моркови, картофеля и плода банана

Из моркови вырезаем цилиндр. Определяем его массу с помощью лабораторных весов m=31г 450мг=31,45г

Плотность вычисляем по формуле: , где объём цилиндра V=, R – радиус основания.

Диаметр основания цилиндра d=3,6 см, высота – 3 см

Определяем массу прямоугольного параллелепипеда из картофеля и прямоугольной призмы, вырезанной из плода банана, с помощью лабораторных весов. Объемы исследуемых образцов получаем после измерения их габаритных размеров и вычислений по соответствующим геометрическим формулам. Затем рассчитываем плотности: а) плотность картофеля:

б) плотность банана:

Определение плотности вещества свёклы

Из плода свеклы вырезаем куб, длина ребра которого a=1,8см

Затем определяем плотность вещества свеклы, используя формулы,

, где объем куба V=.

Связь между клеточным строением тканей органов растений и физической плотностью вещества

В работе мы вычисляли плотность различных объектов физическими и математическими методами, но не стоит забывать, что плоды банана и яблони, а также клубни картофеля, корнеплоды свеклы и моркови являются органами живых растений. Как известно, все живые организмы состоят из клеток, а клетки формируют ткани. Как же влияет строение растительных тканей на плотность вещества? Ответить на этот вопрос попробуем, используя знания по биологии.

Приготовим микропрепараты мякоти банана, мякоти яблока, клубня картофеля, корнеплодов моркови и свеклы, рассмотрим при помощи цифрового микроскопа, сфотографируем и проанализируем полученные результаты.

Ткань можно определить как группу физически объединенных клеток и связанных с ними межклеточного вещества, специализированную для выполнения определенной функции или нескольких функций. Эта специализация, повышающая эффективность работы всего организма в целом. Различные ткани объединяются в более крупные функциональные единицы – органы. Различают: образовательные, механические, покровные, проводящие и основные ткани. Каждая из этих групп предназначена для выполнения определенных функций.

Анализируя полученные результаты, можно говорить о том, что наименьшая плотность будет у плодов яблока, а затем банана, так как основную массу плодов составляет основная запасающая ткань (паренхима) с хорошо развитым межклеточным веществом, в массе которого разбросаны округлые клетки. Следом по возрастанию плотности можно расположить клубень картофеля, запасающая ткань которого богата крахмалом. Затем, возрастание плотности наблюдается у корнеплодов моркови и свеклы. На микрофотографиях хорошо видно, что у моркови и свеклы клетки имеют толстостенные оболочки и располагаются близко друг к другу, и помимо запасающей ткани можно обнаружить и проводящие, и механические.

Возрастание плотности у клубня картофеля, и особенно, у корнеплодов моркови и свеклы, связано с нахождением органов растения в почве, которая является более плотной средой, по сравнению с наземно-воздушной. Кроме того, корнеплоды свеклы и моркови выполняют в большей мере и другие функции, помимо запасания питательных веществ (главным образом углеводов), например, проведение питательных веществ вверх к надземным органам растения и обратно.

Проводя математические исследования, мы поняли, что нам нужны не только знания различных формул, но и умения их применять, а также мы научились точно проводить измерения и вычисления. Все эти качества необходимы любому ученику, а также любому современному человеку, особенно, если выбор его профессии связан с математическими расчетами.

Нам было очень интересно поработать с веществами, которые мы встречаем в нашей повседневной жизни, познакомится с новыми математическими и физическими формулами. Мы узнали о плотности таких веществ, как морковь, картофель, яблоко, банан, свекла. Плотности этих веществ нельзя найти ни в одной таблице учебника.

И самое главное, мы решали практические задачи, что намного интереснее и эффективнее, чем просто решение задач из школьного учебника алгебры или физики. Эти задачи стали для нас более понятными не только с точки зрения физики, но и с математической точки зрения.

Нам стало понятно, что между науками, изучаемыми в школе, существует тесная взаимосвязь. Знания, полученные на уроках физики и биологии, заставили нас взглянуть на одну и туже проблему с разных позиций, но придти к одному и тому же выводу.