Khi tính được khối lượng riêng của một vật, ta có thể biết vật đó được cấu tạo bằng chất gì, từ đó dễ chọn chất liệu để làm vật hơn. Vậy khối lượng riêng là gì? Công thức tính khối lượng riêng? Công thức tính trọng lượng riêng? Khối lượng riêng và trọng lượng riêng có mối quan hệ như thế nào?
1. Khối lượng riêng là gì?
1.1. Khối lượng là gì?
Khối lượng là chỉ số về lượng vật chất tạo thành vật thể.
Khối lượng vừa là một đặc tính của cơ thể vật lý vừa là thước đo khả năng chống lại gia tốc của nó (sự thay đổi trạng thái chuyển động của nó) khi một lực ròng được áp dụng. Đơn vị đo của khối lượng là gam (g), Ki-lô-gam (kg) Và thường được đo bằng cân. Kí hiệu của khối lượng thường được dùng là m.
1.2. Tính chất của khối lượng:
Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật. Do đó, khối lượng có những tính chất sau:
– Đây là một đại lượng vô hướng, dương và không thay đổi với mỗi vật.
– Khối lượng có tính chất cộng.
– Khối lượng đặc trưng cho mức độ vật đó hấp dẫn đến các vật thể khác. Vật có khối lượng lớn có thể tạo ra xung quanh vật đó một trường hấp dẫn lớn.
1.3. Định luật bảo toàn khối lượng:
Định luật bảo toàn khối lượng: Khối lượng toàn phần của một hệ vật lý kín, xét trong một hệ quy chiếu cố định, đó là không đổi theo thời gian.
1.4. Khái niệm khối lượng riêng:
Khối lượng riêng hay còn gọi là mật độ khối lượng, là một đặc tính về mật độ khối lượng trên một đơn vị thể tích của chất đó. Đây là đại lượng được đo bằng thương số giữa khối lượng (đơn vị là mét) của một vật làm bằng chất ấy (nguyên chất) và thể tích (V) của vật.
1.5. Công thức tính khối lượng riêng:
– Công thức của khối lượng riêng được tính như sau:
Khối lượng riêng = khối lượng / thể tích
Hay: D = m/V.
=> m = D.V
=> V = m/D.
1 g/cm3 = 1000 kg/m3
Trong đó:
m: Là khối lượng của vật (kg).
V: Là thể tích của vật (m3).
D: Là khối lượng riêng của chất làm nên vật (kg/m3)
Đơn vị của khối lượng riêng là kilogam trên mét khối (kg/m3) (theo hệ đo lường chuẩn của quốc tế). Ngoài ra còn có đơn vị là gam trên centinmet khối (g/cm3).
Như vậy, để tính khối lượng riêng của một thanh sắt đặc đồng chất ta cân nó lên để lấy khối lượng (kg). Đo thể tích bằng cách lấy Chu vi đáy x Chiều dài (m³). Lấy khối lượng thanh sắt chia thể tích thanh sắt, người ta được khối lượng riêng của sắt.
– Công thức tính khối lượng riêng trung bình:
Khối lượng riêng trung bình của một vật thể nào đó được tính bằng khối lượng chia cho thể tích của nó, được ký hiệu là ρ.
Ρ = m/V.
1.6. Khối lượng riêng có công dụng gì?
– Trong công nghiệp cơ khí, khối lượng riêng được coi là yếu tố quan trọng để chọn vật liệu.
– Trong vận tải đường thủy, khối lượng riêng được dùng để tính tỉ trọng các thành phần như nước, dầu hay nhớt để phân bổ vào các két sao cho phù hợp để tàu được cân bằng.
1.7. Ví dụ về khối lượng riêng của một số chất:
– Khối lượng riêng của chất lỏng:
| Loại chất lỏng | Khối lượng riêng |
| Xăng | 700 kg/m3 |
| Dầu hỏa | 800 kg/m3 |
| Rượu | 790 kg/m3 |
| Nước biển | 1030 kg/m3 |
| Dầu ăn | 800 kg/m3 |
| Mật ong | 1,36 kg/ lít |
– Khối lượng riêng của khí:
Tùy vào nhiệt độ mà khối lượng riêng của không khí sẽ thay đổi khác nhau. Ví dụ, khi nhiệt độ là 0°C, khối lượng riêng của không khí là 1,29 kg/m3. Với nhiệt độ 100°C, khối lượng riêng của không khí là 1,85 kg/m3.
– Khối lượng riêng của chất rắn:
| Chất rắn | Khối lượng riêng |
| Chì | 11300 |
| Sắt | 7800 |
| Nhôm | 2700 |
| Đá | Khoảng 2600 |
| Gạo | Khoảng 1200 |
| Gỗ tốt | Khoảng 800 |
| Sứ | 2300 |
2. Trọng lượng riêng là gì?
– Trọng lượng riêng là trọng lượng của một mét khối trên một vật thể.
– Đơn vị của trọng lượng riêng là Newton trên một mét khối (N/m3).
3. Công thức tính trọng lượng riêng:
Trọng lượng riêng của vật được tính bằng trọng lượng chia cho thể tích:
d = P/V.
=> P = d.V
=> V = P/d.
Trong đó:
d: Là trọng lượng riêng (N/m3).
P: Là trọng lượng (N).
V: Là thể tích (m3).
4. Khối lượng riêng và trọng lượng riêng có mối quan hệ gì?
Khối lượng riêng và trọng lượng riêng là hai đại lượng có sự liên kết với nhau. Khi xét trên cùng một chất, có thể suy từ khối lượng riêng ra trọng lượng riêng. Dựa vào công thức gốc P = 10.m
5. Phương pháp xác định khối lượng riêng của một chất:
– Sử dụng tỉ trọng kế:
Để xác định khối lượng riêng của một chất là gì, chúng ta sử dụng tỷ trọng kế. Đây là dụng cụ thí nghiệm được làm bằng thủy tinh, hình trụ, một đầu có gắn quả bóng, bên trong chứa thủy ngân hoặc kim loại nặng nhằm giúp tỷ trọng kế đứng thẳng. Nó chỉ có thể đo chất làm mát, chất chống đông cho Ethylene Glycol. Đối với Propylene Glycol nồng độ lớn hơn 70 %, chúng ta không thể dùng tỷ trọng kế để đo vì trên 70 %, trọng lượng riêng giảm. Nhiệt độ chuẩn của tỷ trọng kế là 20°C.
– Sử dụng lực kế:
Để tiến hành đo trọng lượng của vật bằng lực kế, chúng ta phải xác định thể tích của vật đó bằng bình chia độ hoặc các vật dụng tương đương. Sau đó sử dụng công thức tính tổng quát để tính khối lượng riêng của vật đó. Nếu vật đó là đồng chất và tinh khiết thì khối lượng riêng chính là khối lượng riêng của chất đó.
6. Bài tập về khối lượng riêng và trọng lượng riêng:
Bài 1: Người ta thường nói đồng nặng hơn nhôm. Câu giải thích nào sau đây là không đúng?
A. Vì trọng lượng của đồng lớn hơn trọng lượng của nhôm.
B. Vì trọng lượng riêng của đồng lớn hơn trọng lượng riêng của nhôm.
C. Vì khối lượng riêng của đồng lớn hơn khối lượng riêng của nhôm.
D. Vì trọng lượng riêng của miếng đồng lớn hơn trọng lượng của miếng nhôm có cùng thể tích.
Đáp án: A. Vì trọng lượng của đồng lớn hơn trọng lượng của nhôm.
Bài 2: Muốn đo khối lượng riêng của các hòn bi thủy tinh, ta cần dùng những dụng cụ gì? Hãy chọn câu trả lời đúng.
A. Chỉ cần dùng một cái cân.
B. Chỉ cần dùng một cái lực kế.
C. Chỉ cần dùng một cái bình chia độ.
D. Cần dùng một cái cân và một cái bình chia độ.
Đáp án: D. Cần dùng một cái cân và một cái bình chia độ.
Bài 3: Để xác định khối lượng riêng của các viên sỏi, ba bạn Sử, Sen, Anh đưa ra ý kiến như sau:
Sử: Mình chỉ cần một cái cân là đủ.
Sen: Theo tớ, cần một bình chia độ mới đúng.
Anh: Sai rồi, phải cần một cái cân và một bình chia độ mới xác định được chứ.
Theo em, ý kiến nào đúng?
A. Ý kiến của Sử đúng.
B. Ý kiến của Sen đúng.
C. Ý kiến của Anh đúng.
D. Cả Sử, Sen và Anh đều sai.
Đáp án: C. Ý kiến của Anh đúng.
Bài 4: Một lượng cát có thể tích 80 cm3. Có khối lượng là 1,2 kg.
A. Tính khối lượng riêng của khối cát.
B. Tính trọng lượng riêng của khối cát.
Giải:
Theo bài ra ta có:
V = 80 cm3 = 0, 00008 m3.
m = 1,2 kg.
Khối lượng riêng của khối cát là:
D = m/V = 1,2/0,00008 = 15.000 kg/m3.
Trọng lượng riêng của khối cát là:
d = D.10 = 15000 x 10 = 150.000 N/m3.
Bài 5: Mỗi nhóm học sinh hòa 50g muối ăn vào 0,5l nước rồi đo khối lượng riêng của nước muối đó.
Giải:
Tra bảng khối lượng riêng, ta thấy khối lượng riêng của nước là D = 1000 kg/m3.
Ta có: 50g = 0,05 kg.
Và 0,05l = 0,05 dm3 = 0,0005 m3.
Khối lượng của 0,5l nước: m = 1000.0,0005 = 0,5 (kg).
Khối lượng của nước muối: M = 0,05 + 0,5 = 0,55 (kg).
Vì sự hòa tan của muối ăn vào thể tích của nước muối tăng lên không đáng kể, vì thế thể tích của nước muối vẫn là 0,5l.
Vậy khối lượng riêng của nước muối là:
D = M/V = 0,55/0,0005 = 1100 (kg/m3).
Bài 6: Hãy tìm cách xác định trọng lượng riêng của chất làm quả cân.
Dụng cụ gồm có:
– Một quả cân 200g mà ta cần đo trọng lượng riêng của chất làm nó, có một sợi chỉ buộc vào quả cân.
– Một bình chia độ có GHĐ 250m3, miệng rộng đế có thể cho lọt quá cân vào trong bình. Bình chứa khoáng 100 m3 nước.
– Một lực kế có GHĐ ít nhất 2,5N.
Giải:
Ta làm theo các bước sau:
– Thả chìm quả cân vào bình chia độ. Giả sử nước dâng lên đến mực 120m3.
Vậy thể tích quả cân 200g là:
V = 120 – 100 = 20 (m3)= 0,00002 (m3)
– Treo quả cân vào lực kế, ta xác định được trọng lượng của quả cân là 2N. Do p = 10.m = 10.0,2 = 2N.
Vậy trọng lượng riêng của chất làm quả cân 200g là:
d = P/V = 2/0,00002 = 100.000 (N/m3).
