Как перевести объем в массу физика
Формула массы через плотность и объем является одной из базовых формул физики, изучаемых в рамках школьной программы еще в седьмом классе. Она пригодится в решении многих задач.
Формула зависимости массы от объема и плотности
Для того, чтобы найти плотность жидкости или твердого вещества, существует базовая формула: плотность равна массе, поделенной на объем.
Записывается это так:
И из нее можно вывести еще две формулы.
Формулу для объема тела:
А также формулу для расчета массы:
Как видите, запомнить последнюю очень легко: это единственная формула, где две единицы нужно умножить.
Для запоминания этой зависимости можно использовать рисунок в виде «пирамидки», разделенной на три секции, в вершине которой находится масса, а в нижних углах – плотность и объем.
Несколько иначе обстоят дела с газами. Рассчитать их вес гораздо сложнее, так как у газов нет постоянной плотности: они рассеиваются и занимают весь доступный им объем.
Для этого пригодится понятие молярной массы, которую можно найти, сложив массу всех атомов в формуле вещества при помощи данных из периодической таблицы.
Вторая единица, которая нам понадобится – количество вещества в молях. Его можно вычислить по уравнению реакции. Подробнее об этом можно узнать в рамках курса химии.
Другой способ нахождения мольного количества – через объем газа, который нужно поделить на 22,4 литра. Последнее число – это объемная постоянная, которую стоит запомнить.
В итоге, зная две предыдущие величины, мы можем определить массу газа:
где M – это молярная масса, а n – количество вещества.
Результат получится в граммах, поэтому для решения физических задач важно не забыть перевести его в килограммы, поделив на 1000. Числа в этой формуле часто могут оказываться достаточно сложными, поэтому для вычислений может понадобиться калькулятор.
Еще один нестандартный случай, с которым можно столкнуться – необходимость найти плотность раствора. Для этого существует формула средней плотности, построенная аналогично формулам других средних величин.
Для двух веществ посчитать ее можно так:
Также из этой формулы можно вывести несколько других в зависимости от того, какие из величин известны по условию задачи.
Таблица плотности некоторых веществ
Плотность многих веществ известна заранее и легко находится по соответствующей таблице.
В работе с ней важно обращать внимание на размерности и не забывать о том, что все данные собраны при нормальных условиях: комнатной температуре в 20 градусов Цельсия, а также определенном давлении, влажности воздуха и так далее.
Плотности других, более редких веществ можно найти онлайн.
Как минимум одно из значений плотности стоит запомнить, так как оно часто появляется в задачах. Это плотность воды – 1000 кг/м3 или 1 г/см3.
Примеры решения задач
Задача 1
Условие: имеется алюминиевый брусок со сторонами 3, 5 и 7 сантиметров. Какова его масса?
Найдем объем бруска:
V = 3 * 5 * 7 = 105 см 3 ;
Табличное значение плотности алюминия: 2800 кг/м 3 или 2,8 г/см 3 ;
Вычислим массу бруска:
Задача 2
Задача по смежной теме.
Условие: сколько энергии потребуется для того, чтобы довести воду комнатной температуры (20 градусов Цельсия) из стакана (ёмкость 200 мл) до температуры кипения?
m = 200 * 1 = 200 г = 0,2 кг;
Q = 4200 * 0,2 * (100 – 20) = 67200 Дж = 67,2 кДж.
Задача 3
Задача с молярной массой.
Условие: найдите массу CO2 при объеме в 5,6 л.
Найдем молярную массу CO2 :
M = 12 + 16 * 2 = 44 г/моль;
Найдем количество вещества через объем:
n = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль;
Использование формулы массы через плотность и объём
Прежде, чем приступить к изучению формул массы, плотности и объёма, следует уточнить некоторые детали:
Формула и удивительная история её возникновения
Самое интересное – это то, что формулу нашёл мужик, который бегал голышом по улице и был при этом другом царя. Интересно? Тогда следующие три абзаца для вас.
Был в Древней Греции такой царь-тиран, как Гиерон II. Он начал подозревать, что его корону сделали не из чистого золота и ювелиры его облапошили. Но Гиерон не знал, как можно это доказать. Тогда он обратился к умнейшему человеку того времени – Архимеду. Получив приказ разобраться с делами государственной важности, Архимед день за днём стал искать решение вопроса.
Ох, и нелёгкая же задачка выпала учёному. Ведь на то время не было ни нужных формул, ни современных девайсов, ни гугла, чтобы быстренько найти решение. И вот однажды, придя в баню и погрузившись в неё, Архимед заметил, что выливающаяся вода равна по объёму тому, что погружено в воду.
Эврика! – Прокричал Архимед и нагишом поспешил в свою лабораторию проводить опыты. Учёный сложил все данные в своей голове и позже проделал следующий опыт: он взял корону и опустил её в воду. Затем он взял кусок золота такого же веса и опустил его также в воду. Объём вытесненной воды получился разным. Если бы корона была сделана из чистого золота, то её объём и слитка совпали. Это доказывало то, что ювелиры обманули царя. Кто бы мог подумать, что одно из величайших открытий появилось благодаря обманщикам, тирану и учёному.
Обозначения и термины
Далее будет приведён список понятий и их определение в условиях понятий об измерениях плотности:
Примеры решения задач
Прежде чем приступить к примерам, следует понимать, что если данные даны в килограммах и кубических сантиметрах, то нужно либо сантиметры перевести в метры, либо килограммы перевести в граммы. По такому же принципу надо переводить и остальные данные – миллиметры, тонны и так далее.
Задача 1. Найти массу тела, состоящего из вещества, плотность которого равна 2350 кг/м³ и имеет объём 20 м³. Применяем стандартную формулу и с лёгкостью находим значение. m = p*V= 2 350 * 20 = 47 000 кг.
Задача 2. Уже известно, что плотность чистого золота без примесей равна 19,32 г/см³. Найти массу драгоценной цепочки из золота, если объём составляет 3,7 см³. Воспользуемся формулой и подставим значения. p = m / V = 19,32/3,7 = 5,22162162 гр.
Задача 3. На склад поставили металл с плотностью 9250 кг/м³. Масса составляет 1,420 тонн. Нужно найти занимаемый металлом объём. Тут нужно сначала перевести либо тонны в килограммы, либо метры в километры. Проще будет воспользоваться первым методом. V = m / p = 1420/9250 = 0.153513514 м³.
Зачем и кому нужно знать эти формулы
В любой стране есть стандарты, по которым производится продукция. Неважно, какая это отрасль – пищевая, химическая или другая. Стандарты также могут быть мировыми. Так вот для того чтобы выпускаемая на заводах продукция соответствовала этим стандартам и нужны знания о плотности, массе и объёме.
Но зачем кому-то придерживаться чьих-то правил? Для начала, эти правила взяты не с потолка. К этому пришли разные бизнесмены со всего мира и нашли оптимальное решение, удовлетворяющее как производителей, так и конечных пользователей продукта. Если бы все выпускали продукцию как им вздумается, то людям было бы очень тяжело выбрать производителя. Ведь даже сейчас, со всеми стандартами и ГОСТами выбор просто огромный.
Кроме того, игнорируя физику и математику, можно выработать продукцию себе же в убыток или сделать продукцию, которая не оправдает ожиданий и будет выглядеть не так, как задумывал производитель. Есть и другие ситуации, где необходимы знания подобного рода – при подсчёте планируемого объёма, который займёт продукция на складе; вес продукции, которую нужно будет перевести и т.д.
Эти знания могут потребоваться инженерам, технологам, конструкторам и прочим профессиям, чья деятельность связана с физическими материалами. Конечно, для простого обывателя эти знания могут и не пригодиться. Однако, стоит вспомнить про случай с Архимедом и тогда вы поймёте, что знания – защита от обмана и настоящая сила!
Видео
В видео очень подробно объясняется, как рассчитать массу и объем тела по его плотности.
Формула массы через плотность и объем — примеры вычислений
Формула массы через плотность и объем является одной из базовых формул физики, изучаемых в рамках школьной программы еще в седьмом классе. Она пригодится в решении многих задач.
Формула зависимости массы от объема и плотности
Для того, чтобы найти плотность жидкости или твердого вещества, существует базовая формула: плотность равна массе, поделенной на объем.
Записывается это так:
И из нее можно вывести еще две формулы.
Формулу для объема тела:
А также формулу для расчета массы:
Как видите, запомнить последнюю очень легко: это единственная формула, где две единицы нужно умножить.
Для запоминания этой зависимости можно использовать рисунок в виде «пирамидки», разделенной на три секции, в вершине которой находится масса, а в нижних углах – плотность и объем.
Несколько иначе обстоят дела с газами. Рассчитать их вес гораздо сложнее, так как у газов нет постоянной плотности: они рассеиваются и занимают весь доступный им объем.
Для этого пригодится понятие молярной массы, которую можно найти, сложив массу всех атомов в формуле вещества при помощи данных из периодической таблицы.
Вторая единица, которая нам понадобится – количество вещества в молях. Его можно вычислить по уравнению реакции. Подробнее об этом можно узнать в рамках курса химии.
Другой способ нахождения мольного количества – через объем газа, который нужно поделить на 22,4 литра. Последнее число – это объемная постоянная, которую стоит запомнить.
В итоге, зная две предыдущие величины, мы можем определить массу газа:
где M – это молярная масса, а n – количество вещества.
Результат получится в граммах, поэтому для решения физических задач важно не забыть перевести его в килограммы, поделив на 1000. Числа в этой формуле часто могут оказываться достаточно сложными, поэтому для вычислений может понадобиться калькулятор.
Еще один нестандартный случай, с которым можно столкнуться – необходимость найти плотность раствора. Для этого существует формула средней плотности, построенная аналогично формулам других средних величин.
Для двух веществ посчитать ее можно так:
Также из этой формулы можно вывести несколько других в зависимости от того, какие из величин известны по условию задачи.
Таблица плотности некоторых веществ
Плотность многих веществ известна заранее и легко находится по соответствующей таблице.
В работе с ней важно обращать внимание на размерности и не забывать о том, что все данные собраны при нормальных условиях: комнатной температуре в 20 градусов Цельсия, а также определенном давлении, влажности воздуха и так далее.
Плотности других, более редких веществ можно найти онлайн.
Как минимум одно из значений плотности стоит запомнить, так как оно часто появляется в задачах. Это плотность воды – 1000 кг/м3 или 1 г/см3.
Примеры решения задач
Задача 1
Условие: имеется алюминиевый брусок со сторонами 3, 5 и 7 сантиметров. Какова его масса?
Найдем объем бруска:
V = 3 * 5 * 7 = 105 см 3 ;
Табличное значение плотности алюминия: 2800 кг/м 3 или 2,8 г/см 3 ;
Вычислим массу бруска:
Задача 2
Задача по смежной теме.
Условие: сколько энергии потребуется для того, чтобы довести воду комнатной температуры (20 градусов Цельсия) из стакана (ёмкость 200 мл) до температуры кипения?
m = 200 * 1 = 200 г = 0,2 кг;
Q = 4200 * 0,2 * (100 – 20) = 67200 Дж = 67,2 кДж.
Задача 3
Задача с молярной массой.
Условие: найдите массу CO2 при объеме в 5,6 л.
Найдем молярную массу CO2 :
M = 12 + 16 * 2 = 44 г/моль;
Найдем количество вещества через объем:
n = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль;
2.4. Объем, масса, плотность, удельный объем
Объем тел
Прежде чем рассмотреть вопрос о том, как перевести объем в массу, следует разобраться с физическими понятиями.
Объем представляет собой область пространства, которую занимает тело во всех трех измерениях. Это означает, что если тело имеет определенные размеры только в одном (линия) или только в двух измерениях (плоскость), то его объем равен нулю. Объем является скалярной величиной, поэтому складывать и вычитать объемы следует таким образом, как это делается именно для скалярных (не векторных) величин.
Если говорить о природе существования объема с физической точки зрения, то следует отметить, что этот феномен обязан своему существованию так называемому принципу запрета Паули, согласно которому расположение двух частиц в одинаковом квантовом состоянии невозможно.
В Международной системе единиц СИ объем принято измерять в кубических метрах (м3), однако в ряде случаев используют другие единицы измерения, например кубические сантиметры, километры и т. д. Объем жидкостей часто измеряют в литрах (л): 1 л = 10-3 м3 = 1 дм3.
Понятие о массе
До рассмотрения вопроса о том, как перевести объем в массу, следует познакомиться также с массой тела.
Масса как физическая величина представляет собой количество вещества или материи и определяет инерционные свойства тел, то есть их способность приобретать ускорение, когда на них действует некоторая не нулевая внешняя сила. Масса, как и объем, является скалярной величиной и присуща любому объекту во Вселенной. Измеряется масса в СИ в килограммах. Один килограмм — это такая масса тела, при которой это тело приобретает ускорение в 1 м/с2 при действии на него силы в 1 ньютон.
Часто массу путают с весом тела. Последний представляет собой силу, с которой тело давит на опору. Зная эту силу и характеристики гравитационного поля, в котором находится тело, в частности ускорение свободного падения, можно вычислить массу.
Не следует путать массу с количеством вещества, которое в СИ описывается в единицах моль. По сути моль — это число частиц вещества, поэтому разные тела, имеющие одинаковое число частиц (атомов, молекул), которые их образуют, в общем случае обладают разной массой.
Физическая величина плотность
Наконец, прежде чем переходить к вопросу о том, как перевести объем в массу, рассмотрим плотность — величину, которая непосредственно касается указанного вопроса.
В таких науках, как химия и физика, под плотностью некоторой субстанции понимают количество массы, которая заключена в определенном объеме. Поскольку объем и масса являются скалярными величинами, то и плотность также — скаляр. Обычно плотность обозначают греческой буквой ρ (ро).
Согласно приведенному определению, математически можно записать: ρ = m/V, где m — масса тела в килограммах, V — объем в кубических метрах, который занимает это тело. Это означает, что плотность измеряется в единицах кг/м3.
Как найти массу тела зная площадь
Формулы, используемые в задачах по физике на плотность, массу и объем.
Название величины
Обозначение
Единицы измерения
Формула
Масса
m = p * V
Объем
V = m / p
Плотность
кг/м 3
p = m / V
Плотность равна отношению массы тела к его объёму. Плотность обозначают греческой буквой ρ (ро).
Физика 7 класс: все формулы и определения КРУПНО на трех страницах
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Задача № 2. Определите объем кирпича, если его масса 5 кг?
Задача № 3. Определите массу стальной детали объёмом 120 см 3
Задача № 4. Размеры двух прямоугольных плиток одинаковы. Какая из них имеет большую массу, если одна плитка чугунная, другая — стальная?
Решение: Из таблицы плотности веществ (см. в конце страницы) определим, что плотность чугуна (ρ2 = 7000 кг/м 3 ) меньше плотности стали (ρ1 = 7800 кг/м 3 ). Следовательно, в единице объема чугуна содержится меньшая масса, чем в единице объема стали, так как чем меньше плотность вещества, тем меньше его масса, если объемы тел одинаковы.
ОТВЕТ: 160 кг.
Вычисляем: m = 800 кг/м 3 • 0,04 м 2 • 5 м = 160 кг.
Задача № 7. Брусок, масса которого 21,6 г, имеет размеры 4 х 2,5 х 0,8 см. Определить, из какого вещества он сделан.
ОТВЕТ: Брусок сделан из алюминия.
Задача № 8 (повышенной сложности). Полый медный куб с длиной ребра а = 6 см имеет массу m = 810 г. Какова толщина стенок куба?
ОТВЕТ: 5 мм.
Задача № 9 (олимпиадный уровень). Масса пробирки с водой составляет 50 г. Масса этой же пробирки, заполненной водой, но с куском металла в ней массой 12 г составляет 60,5 г. Определите плотность металла, помещенного в пробирку.
ОТВЕТ: 8000 кг/м 3
РЕШЕНИЕ: Если бы часть воды из пробирки не вылилась, то в этом случае общая масса пробирки, воды и куска металла в ней была бы равна 50 г + 12 г = 62 г. По условию задачи масса воды в пробирке с куском металла в ней равна 60,5 г. Следовательно, масса воды, вытесненной металлом, равна 1,5 г, т. е. составляет 1/8 массы куска металла. Таким образом, плотность металла в 8 раз больше плотности воды.
Задачи на плотность, массу и объем с решением. Таблица плотности веществ.
Справочный материал для «Задачи на плотность, массу и объем«
Как, зная только массу, рассчитать плотность?
Конспект урока «Задачи на плотность, массу и объем с решением».
Плотность однородных и неоднородных тел
Приведенная в предыдущем пункте формула для определения плотности справедлива, если вещество в теле распределено равномерно. В таких случаях говорят о гомогенном, или однородном теле.
В случае же если тело является гетерогенным, то каждая его микрообласть характеризуется собственным значением плотности. В таких случаях для определения среднего значения плотности для всего тела необходимо измерить ее значение в каждом микроскопическом объеме тела, сложить полученные результаты и разделить на число проведенных измерений.
Отметим, что понятие плотности считается определенным до пространственных масштабов порядка 10-8 м. На атомных масштабах понятие плотности теряет смысл, что связано с определенной структурой атома. Так, атом, состоящий из ядра и электронных оболочек, имеет радиус порядка 10-10 м, размер ядра атома составляет порядка 10-13 м, то есть радиус атома больше радиуса его ядра в 1000! Практически вся масса атома сосредоточена в его маленьком ядре, что приводит к огромным ядерным плотностям, они составляют порядка 1017 кг/м3, то есть если бы удалось получить вещество, которое состояло бы только из атомных ядер, то 1 м3 этого вещества имел бы массу 100 000 млрд тонн! Приблизительно такие плотности существуют во Вселенной в нейтронных звездах и черных дырах.
Как перевести объем в массу в физике?
Познакомившись с определением всех необходимых величин, непосредственно перейдем к ответу на вопрос статьи. Чтобы перевести объем в массу, воспользуемся определением плотности материи: ρ = m/V. Из этой формулы выражаем массу, получаем: m = ρ*V.
Таким образом, если известен объем тела и значение плотности вещества, из которого это тело состоит, то достаточно перемножить эти величины, чтобы получить массу тела, что является ответом на вопрос о том, как переводить объем в массу. Следует помнить, что перед тем, как перемножать объем и плотность, необходимо привести их к соответствующим единицам измерений, например к [м3] и [кг/м3] соответственно.
Наоборот, чтобы перевести массу в объем, формула подойдет следующая: V = m/ρ, то есть массу тела нужно поделить на его плотность.
Узнаем как найти массу?
Многие из нас в школьное время задавались вопросом: «Как найти массу тела»? Сейчас мы попытаемся ответить на этот вопрос.
Нахождение массы через его объем
Допустим, в вашем распоряжении есть бочка на двести литров. Вы намерены целиком заполнить ее дизельным топливом, используемом вами для отопления своей небольшой котельной. Как найти массу этой бочки, наполненной соляркой? Давайте попробуем решить эту простейшую на первый взгляд задачу вместе с вами.
Решить задачу, как найти массу вещества через его объем, довольно легко. Для этого следует применить формулу удельной плотности вещества
где p является удельной плотностью вещества;
v — занимаемым объемом.
В качестве меры массы будут использоваться граммы, килограммы и тонны. Меры объёмов: сантиметры кубические, дециметры и метры. Удельная плотность будет вычисляться в кг/дм³, кг/м³, г/см³, т/м³.
Таким образом, в соответствии с условиями задачи в нашем распоряжении есть бочка объемом двести литров. Это значит, что ее объем равняется 2 м³.
Но вы хотите узнать, как найти массу. Из вышеназванной формулы она выводится так:
Сначала нам требуется найти значение р – удельной плотности дизельного топлива. Найти данное значение можно, используя справочник.
В книге мы находим, что р = 860,0 кг/м³.
Затем полученные значения мы подставляем в формулу:
Таким образом, ответ на вопрос, как найти массу, был найден. Одна тонна и семьсот двадцать килограммов – это вес двухсот литров летнего дизтоплива. Затем вы можете точно так же сделать приблизительный расчет общего веса бочки и мощности стеллажа под бочку с соляром.
Нахождение массы через плотность и объем
Очень часто в практических заданиях по физике можно встретить такие величины, как масса, плотность и объем. Для того чтобы решить задачу, как найти массу тела, вам требуется знать его объем и плотность.
Предметы, которые вам будут нужны:
2) Калькулятор (компьютер).
3) Емкость для измерения.
Известно, что у предметов с равным объемом, но изготовленных из различных материалов, будет разная масса (например, металл и дерево). Массы тел, которые изготовлены из определенного материала (без пустот), прямо пропорциональны объему рассматриваемых предметов. В противном случае, константа – это отношение массы к объему предметы. Этот показатель называется «плотностью вещества». Мы будем его обозначать буквой d.
Теперь требуется решить задачу, как найти массу в соответствии с формулой d = m/V, где
m является массой предмета (в килограммах),
V является его объемом (в метрах кубических).
Таким образом, плотность вещества является массой единицы его объема.
Если вам необходимо найти плотность материала, из которого создан предмет, то следует воспользоваться таблицей плотностей, которую можно найти в стандартном учебнике по физике.
Объем предмета вычисляется по формуле V = h * S, где
H – высота предмета (м),
Связь между объемом и массой для воды
Чтобы объем воды перевести в массу, следует воспользоваться приведенной выше формулой. Однако для чистой воды значение плотности составляет 1000 кг/м3, или 1 г/см3, или 1 кг/л. Это означает, что объем в массу и наоборот для этой субстанции легко переводить, для этого нужно лишь знать соответствие между единицами измерений этих физических величин. Например, 2 л воды имеют массу 2 кг, а 3,5 тонны воды занимают объем 3,5 м3.
Отметим, что плотность 1000 кг/м3 характерна только для чистой воды. Любые примеси и соли могут значительно изменить этот показатель, например плотность морской воды составляет 1027 кг/м3, то есть морская вода на 2,7 % плотнее пресной.
Расчеты по химическим формулам с использованием объема грамм-молекулы газа
Зная, что объемы грамм-молекул газов при одинаковых условиях равны, легко высчитать объем любого количества газа, что иногда гораздо важнее, чем знание его веса.
Пример 1
. Какой объем займут 6 г водорода Н2 при нормальных условиях?
Дано:
Найти:
Решение:
Так как грамм-молекула любого газа, а значит, и водорода при нормальных условиях занимает объем 22,4 л, а 1 моль водорода Н2 — это 2 г, то 2 г Н2 занимают объем, равный (при нормальных условиях) 22,4 л, а 6 г Н2 займут объем х л. Составим пропорцию: 2 : 6 = 22,4 : х
x = (6 · 22,4) : 2 = 67,2 л.
Ответ: 6 г водорода при нормальных условиях занимают объем 67,2 л.
. Сколько весят 5,6 л двуокиси углерода СО2?
Дано:
Найти:
Решение:
Исходим снова из того, что грамм-молекула любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л и прежде всего высчитываем, чему равна грамм-молекула СО2. Она рав на:
44 г СО2 занимают объем 22,4 л, а х г СО2 — объем 5,6 л. Составим и решим пропорцию:
х = (44 · 5,6) : 22,4 = 11 г СО2
Ответ: 5,6 л двуокиси углерода весят 11 г.
■ 7. Рассчитайте, сколько весит 1 л следующих газов: (См. Ответ)
а) азота N2; б) аммиака NH3; в) хлора Сl2; г) окиси углерода СО.
8. Определите, какой объем займет 1 г каждого газа из перечислен- ных в вопросе 7. 9. Сколько весит 1 м3 газовой смеси, состоящей на 50% из хлора Сl2 и на 50% из кислорода 02? 10. Сколько весит смесь 2 л азота N2 и 3 л кислорода 02? 11. Вычислите вес 1 л воздуха, допуская, что он состоит на 79% из азота N2 и на 21% из кислорода О2. (См. Ответ)