נושא: צפיפות חומרים

נושא: צפיפות חומרים רצף מערכי שעורים כיתה ז: נפח מסה משקל וצפיפות מילכה ברקו גרש 3.11.2011

מושגים בסיסיים: נפח ומסה מסה=כמות החומר. מכשיר מדידה: מאזניים. יחידות: ק"ג, גרם, טון. נפח= המקום שהגוף עשוי החומר/ים תופס במרחב. מכשירי מדידה: סרגל, משורה יחידות: סמ"ק, מטר מעוקב

צפיפות: דוגמה מספר 1 את משמעות המושג: "צפיפות החומר " אנו מכירים מהיבטים שונים בחיי היומיום, מבלי שניתחנו אותו מבחינה מדעית. האם הצלחת הקשיחה המוגשת בסדר פסח הינה מחרס או מפלסטיק? איך תקבעו את התשובה? למרות הדמיון, אחיזה זהירה יכולה לתת את התשובה. צלחת חרס באותה צורה כבדה יותר.

צפיפות : דוגמה מספר 2 בילוי בחוף הים מזמן מפגש עם בקבוקי שתייה שונים. הניחו כי יש באפשרותכם להשוות בין 3 זהים, כל אחד מלא בחומר אחר: 1. מי שתייה 2. חול מחוף הים הנפח הכולל של כל השלושה שווה. האם גם המסה? ממה נובע השוני? דונו ביניכם וסכמו בקבוקים 3. מלא באוויר..

צפיפות: דוגמה מספר 3 כבר אז הכרנו את מושג הצפיפות... מעניין... מי צף? מי שוקע? למה זה קורה? "האם דגי הפלסטיק "יודעים לשחות" ו"חלוקי הנחל" שאספתי בחוף הים לא?" מילכה ברקו גרש 2011

ניתוח תוצאות ניסוי תלמידים קבלו 4 קוביות שונות מנחושת: מתכת כתומה מוצקה. בטבלה מרוכזים הנתונים שבדקו וחישבו הילדים. מספר הקובייה ראשונה שנייה שלישית רביעית אורך צלע בסנטימטרים נפח בסמק" םי מסה בגרמים מסה חלקי נפח 8.9 8.9 8.9 8.9 8.9 71.2 240.3 569.6 1 8 27 64 1 2 3 4 הערך הקבוע שהתקבל בעמודה השמאלית הוא הערך המאפיין את צפיפות הנחושת.

מושגים בסיסיים: צפיפות צפיפות )= מסה סגולית ) : תכונה ייחודית לכל חומר. לכל חומר צפיפות האופיינית לו. צפיפות החומר היא המסה שלו ליחידת נפח. צפיפות היא גודל הנמדד באופן עקיף ע"י : מדידה: מסה ונפח. חישוב : חלוקת המסה בנפח. צפיפות = מסה )בגרמים( יחידת הצפיפות: גרם נפח ( בסמ"ק( ( 3 )g/cm סמ"ק

חישובי צפיפויות של חומרים שונים על ידי חלוקת המסה הכוללת בנפח הכולל, ניתן לחשב למעשה מהי הצפיפות של 1 סמ"ק של החומר. לדוגמה: המסה של 2 סמ"ק של בטון היא 5 מכאן: המסה של 1 סמ"ק בטון היא: 5 כלומר: 2.5 גרם חלקי סמ"ק. גרם. לחלק ל 2 בדרך זו נמדדו הצפיפויות של חומרים רבים, ונערכו טבלאות מסודרות.

המדידות נערכות בתנאי סביבה קבועים : בלחץ ובטמפרטורה מוגדרים, הנרשמים בסמוך לערכים, כדי שתתאפשר השוואה אחידה בן החומרים.

ניתוח נתונים מתוך טבלה: חלק א היעזרו בטבלה וענו: 1. מהי צפיפות המים? 2. מהי צפיפות הקלקר? האם קלקר צף על מים או שוקע? רשמו השערתכם. נסו ורשמו את התוצאות. )ציוד: כוס קלקר, אמבט מים( האם התוצאות מתיישבות עם נתוני הטבלה? קבעו והסבירו.

ניתוח נתונים מתוך טבלה: חלק ב היעזרו בטבלה וענו: 1. מהי צפיפות המים? 2. מהי צפיפות הברזל? האם ברזל צף על מים או שוקע? רשמו השערתכם. נסו ורשמו את התוצאות. )ציוד: מסמר ברזל,אמבט מים( האם התוצאות מתיישבות עם נתוני הטבלה? קבעו והסבירו.

שאלה למחשבה איך שטות אוניות מברזל? דונו בכיתה ונסו למצוא תשובות לשאלה זו. סכמו את הדיון בקריאת המאמר המופיע בקישור: http://www.shats.com/?p=469 מתוך : עיניים, גיליון 19 אבנר שץ

חידה : זיהוי חומר על פי נתונים מטרה: זיהוי סוג חומר טהור - מוצק בלתי ידוע. צבעו אפור. החומר מוצק. לחומר יש ברק. החומר מוליך טוב חשמל. כיצד ניתן לזהות מיהו החומר? היעזרו במקורות מידע שונים, ורשמו 3 אפשרויות שונות לשמות חומרים בעלי תכונות אלה.

חוקרים מדע הציעו דרך לגלות מי מבין החומרים שרשמתם בסעיף הקודם הוא האחד הנכון? דונו בהצעות השונות בכיתה וסכמו את דרך הבדיקה.

צפיפות : תכונה ייחודית לכל חומר וחומר לכל סוג חומר ערך צפיפות אופייני משלו. באותם תנאי סביבה )לחץ, טמפרטורה( לא יתכנו 2 חומרים טהורים עם אותו ערך של צפיפות. ניזכר כיצד מחשבים צפיפות: שם החומר צבע מקבץ חלקיקיו מצב צבירה בטמפרטורת החדר מסה )בגרמים ) = צפיפות נפח )בסמ"קים( צפיפות: בתנאים סטנדרטיים

נתוני מדידות שנערכו... מדידות שנערכו לגוש החומר העלו כי : מסת גוש החומר נמדדה בעזרת מאזניים. מסת גוש החומר: 675 גרם. גוש החומר בדוגמה שלנו היה בעל צורה הנדסית משוכללת, צורת תיבה. לכן את ניפחו ניתן לחשב בעזרת סרגל: אורך: 10 ס"מ, רוחב: ס 5 "מ, גובה: נפח הגוש: 5X5= X10 250 סמ"ק "מ ס 5

חישוב צפיפות חומר: על פי נתונים נחלק את המסה הנתונה בנפח הנתון: גרם 2.7 סמ"ק = 675 250 מיהו החומר הטהור, בעל צפיפות שכזו? התבוננו בטבלת הצפיפויות וענו על השאלה.

שמן ומים: פעילות חקר. מטרה: מציאת ערך לא ידוע של צפיפות חומר במצב צבירה נוזל. בטבלאות שצורפו בשקופית קודמת לא מופיעה צפיפות השמן. ישנם סוגי שמן שונים, ולכן נבחר אחד מסוגי השמן הזמינים בבית או במעבדה. כיצד נחשב את צפיפות השמן? רשמו הצעתכם ודונו בכיתה בהצעות נוספות.

מדידה וחישוב צפיפות ציוד: מאזניים ומשורה. דינה דינה הציעה לצקת נפח מסוים של שמן במשורה, להניח את המשורה עם השמן על מאזניים ולבדוק את המסה. לחלק את המסה שנמדדה בנפח השמן. ויקי טענה שהיא טועה. מי מהשתיים צודקת? קבעו עמדתכם ונמקו = טיעון ויקי

מי צודקת ומי טועה? ויקי כמובן צודקת. גם למשורה יש מסה. מסת המשורה ובתוכה השמן אינה שווה למסת השמן בלבד. מסה השמן )נטו( מסת המשורה )טרה( מסת המשורה והשמן )ברוטו( כיצד ניתן למדוד את מסת השמן בלבד? חישבו והציגו את הצעתכם לדיון בכיתה.

מדידות וחישובים נבדוק את מסת המשורה ללא השמן. נוסיף שמן בנפח ידוע. למשל 20 סמ"ק, נמדוד את המסה הכוללת = משורה + שמן. נחסר את מסת המשורה..1.2.3.4 - מסה כוללת ( הכלי ותכולתו( מסת הכלי בלבד ----------------------- = מסת התכולה קיבלנו את מסת השמן. לפי שעה נסמן גרם.5

חישוב הצפיפות מסה = צפיפות נפח נחלק את המסה בנפח ונרשום את התוצאה ביחידה: גרם חלקי סמ"ק. מחשבון התבוננו בתוצאה: 1. האם צפיפות השמן קטנה מצפיפות המים? 2. האם השמן יצוף או ישקע? 3. רשמו השערתכם ונמקו.

הציעו דרך לבדוק בניסוי: האם שמן צף על מים או שוקע? דונו בכיתה : כיצד ראוי לבצע את הבדיקה? דינה פנתה אל המורה ושאלה אותה: האם זה משנה מהו סדר המזיגה? האם מזיגת השמן ראשון תגרום לשוני בתוצאות לעומת מצב הפוך? ויקי שאלה את המורה : האם לנפח החומר יש השפעה על התוצאות? למשל: האם מזיגת נפח גדול יותר של שמן תגרום לו להתמקם בבסיס הכלי?

בידוד משתנים המורה הציעה לבדוק כל שאלה בנפרד. חישבו על הצעת המורה וחוו דעתכם. הציעו דרך לבדוק את שאלתה של דינה לגבי סדר הוספת החומרים. קבלו אישור לתחילת הניסוי. רמז: מה משווים? מה משתנה ומה קבוע?

הניסוי של דינה לביצוע הניסוי דרוש ציוד הכולל : 2 מבחנות, כן מבחנות, שמן, מים, משורה ומשפך. צקו 10 סמ"ק מים צקו 10 סמ"ק שמן למבחנה מספר 1. למבחנה מספר 2. הוסיפו למבחנה מספר 1 בזהירות 10 סמ"ק שמן. הוסיפו למבחנה מספר 2 בזהירות 10 סמ"ק מים. השוו את התוצאות ורשמו אותן בטבלה. רשמו מסקנותיכם.

טבלת תוצאות: הניסוי של דינה שלב הניסוי סדר המזיגה תוצאות )צף/שוקע( שמן נמזג ראשון, אחר כך מים. 1 מים נמזגו ראשונים, אחר כך שמן. 2 נפח החומרים זהה, סדר המזיגה שונה

מסקנה ציפה ושקיעה לא תלויות בסדר הוספת החומרים. תכננו את הניסוי שמטרתו לענות על השאלה של ויקי. הגישו הצעתכם למורה וקבלו אישור לתחילת הניסוי.

הניסוי של ויקי לביצוע הניסוי דרוש ציוד הכולל : 2 מבחנות, כן מבחנות, שמן, מים, משורה ומשפך. למבחנה מספר : 1 צקו 10 סמ"ק שמן ו 20 סמ"ק מים. ------------------------------------------ למבחנה מספר : 2 צקו 10 סמ"ק מים ו 20 סמ"ק שמן. צפו בתוצאות, רשמו אותן בטבלה,והוסיפו מסקנתכם.

טבלת תוצאות: הניסוי של ויקי ( שלב הניסוי נפח החומרים 10 סמ"ק שמן 20 סמ"ק מים /שוקע( צף תוצאות 1 10 סמ"ק מים 20 סמ"ק שמן 2 שלב זה מבוסס על המסקנה מניסוי קודם, שהוכיח שסדר המזיגה אינו משמעותי.

מסקנות ודיון ציפה ושקיעה אינן תלויות בכמות החומרים. ציפה ושקיעה תלויות בצפיפות החומרים, כלומר : ביחס בין הכמות לנפח של כל חומר. בטמפרטורה ולחץ קבועים: כאשר כמות החומר גדלה או קטנה, גם נפח החומר בהתאמה, גדל או קטן ולכן היחס נשמר. חומר במצב מוצק או נוזל ישקע בנוזל בעל צפיפות קטנה יותר, ויצוף בנוזל בעל צפיפות גדולה יותר.

פעילות אתגר: גרף הכינו טבלת ערכים: מסת שמן ונפח שמן ( סמ"ק( גרם( מסה ( נפח בחרו 4 ערכי נפח ובדקו את מסתם. ( זכרו : יש לקזז את מסת המשורה(. צרו גרף : מסה נפח. מה אופי הגרף? מה מבטא שיפועו?

סימנים מוסכמים

מקורות נוספים להרחבה כתמי שמן : קראו את המידע המופיע בקישור וסכמו בקצרה על כתמי נפט ונזקיו. הדברת יתושים על ידי שמנים: קראו והסבירו את עקרונות השיטה. סרטון: צפיפות חומרים: אפשר לנסות בבית. על ארכימדס ומלך סיראקוזה מוזיאון המדע ע"ש ברנרד בלומפילד ירושלים

בהצלחה לכולם: מילכה ברקו גרש 2011 בית חנניה מדינת ישראל