Bài 13. Khối lượng riêng
|
Khái niệm, thuật ngữ
khối lượng riêng; khối lượng; thể tích; trọng lượng riêng. |
Kiến thức, kĩ năng
|
Trong đời sống, ta thường nói sắt nặng hơn nhôm. Muốn trả lời chính xác nhận xét đó cần so sánh khối lượng của các vật trong những điều kiện thể tích thích hợp. Khái niệm khối lượng riêng giúp mô tả đặc trưng này của từng chất.
I. Thí nghiệm
Thí nghiệm 1: Các thỏi sắt có thể tích khác nhau
Chuẩn bị ba thỏi sắt có thể tích lần lượt \(V_1=V\), \(V_2=2V\), \(V_3=3V\) và cân điện tử.
Dùng cân để xác định khối lượng tương ứng \(m_1\), \(m_2\), \(m_3\), sau đó tính các tỉ số
\(\dfrac{m_1}{V_1}\), \(\dfrac{m_2}{V_2}\), \(\dfrac{m_3}{V_3}\).
Ba thỏi đều làm bằng sắt nhưng có thể tích lần lượt là \(V\), \(2V\) và \(3V\).
Hình 13.1. Ba thỏi sắt có thể tích khác nhau.
Bảng 13.1. Tỉ số giữa khối lượng và thể tích của ba thỏi sắt
| Đại lượng | Thỏi 1 | Thỏi 2 | Thỏi 3 |
|---|---|---|---|
| Thể tích | \(V_1=V\) | \(V_2=2V\) | \(V_3=3V\) |
| Khối lượng | \(m_1=?\) | \(m_2=?\) | \(m_3=?\) |
| Tỉ số \(\dfrac{m}{V}\) | \(\dfrac{m_1}{V_1}=?\) | \(\dfrac{m_2}{V_2}=?\) | \(\dfrac{m_3}{V_3}=?\) |
Kết quả thí nghiệm cho thấy với cùng một chất, tỉ số giữa khối lượng và thể tích là như nhau. Khi thể tích tăng lên bao nhiêu lần thì khối lượng cũng tăng lên bấy nhiêu lần.
Thí nghiệm 2: Các chất khác nhau có cùng thể tích
Chuẩn bị ba thỏi sắt, nhôm, đồng có cùng thể tích \(V_1=V_2=V_3=V\).
Dùng cân điện tử xác định khối lượng \(m_1\), \(m_2\), \(m_3\) rồi tính các tỉ số \(\dfrac{m_1}{V_1}\), \(\dfrac{m_2}{V_2}\), \(\dfrac{m_3}{V_3}\).
Ba thỏi sắt, nhôm và đồng có cùng thể tích nhưng có khối lượng khác nhau.
Hình 13.2. Các thỏi sắt, nhôm, đồng có cùng thể tích.
Bảng 13.2. Tỉ số giữa khối lượng và thể tích của các vật làm từ các chất khác nhau
| Đại lượng | Thỏi sắt | Thỏi nhôm | Thỏi đồng |
|---|---|---|---|
| Thể tích | \(V_1=V\) | \(V_2=V\) | \(V_3=V\) |
| Khối lượng | \(m_1=?\) | \(m_2=?\) | \(m_3=?\) |
| Tỉ số \(\dfrac{m}{V}\) | \(\dfrac{m_1}{V_1}=?\) | \(\dfrac{m_2}{V_2}=?\) | \(\dfrac{m_3}{V_3}=?\) |
Từ thí nghiệm có thể nhận xét: với các chất khác nhau, tỉ số giữa khối lượng và thể tích nhìn chung khác nhau. Tỉ số này là đại lượng đặc trưng cho từng chất.
II. Khối lượng riêng, đơn vị khối lượng riêng
Khối lượng riêng của một chất cho ta biết khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó.
Công thức: \(D=\dfrac{m}{V}\)
Trong đó \(D\) là khối lượng riêng, \(m\) là khối lượng và \(V\) là thể tích.
Nếu lấy đơn vị khối lượng là kg hoặc g và đơn vị thể tích tương ứng là m³ hoặc cm³ thì đơn vị của khối lượng riêng là kg/m³ hoặc g/cm³; cũng có thể dùng g/mL.
Các hệ thức đổi đơn vị thường dùng:
\(1\,\text{kg/m}^3=0{,}001\,\text{g/cm}^3\)
\(1\,\text{g/cm}^3=1\,\text{g/mL}\)
Với cùng thể tích \(1\,\text{cm}^3\), nhôm có khối lượng \(2{,}7\,\text{g}\), đồng có khối lượng \(8{,}96\,\text{g}\), còn gỗ có khối lượng khoảng \(0{,}8\,\text{g}\).
Hình 13.3. Khối lượng của \(1\,\text{cm}^3\) nhôm, đồng và gỗ.
Khi biết khối lượng riêng của một vật, có thể suy ra vật đó có thể được cấu tạo bằng chất gì bằng cách đối chiếu với bảng khối lượng riêng của các chất.
Bảng 13.3. Khối lượng riêng của một số chất ở nhiệt độ phòng
| Chất rắn | Khối lượng riêng (kg/m³) | Chất lỏng | Khối lượng riêng (kg/m³) |
|---|---|---|---|
| Chì | 11 300 | Thủy ngân | 13 600 |
| Sắt | 7 800 | Nước | 1 000 |
| Nhôm | 2 700 | Xăng | 700 |
| Đá | Khoảng 2 600 | Dầu hỏa | Khoảng 800 |
| Gạo | Khoảng 1 200 | Dầu ăn | Khoảng 800 |
| Gỗ tốt | Khoảng 800 | Rượu, cồn | Khoảng 790 |
Trọng lượng riêng
Ngoài khối lượng riêng, còn dùng đại lượng trọng lượng riêng. Trọng lượng của một mét khối một chất gọi là trọng lượng riêng của chất đó.
\(d=\dfrac{P}{V}\)
Trong đó \(P\) là trọng lượng, đơn vị N; \(V\) là thể tích, đơn vị m³. Đơn vị của trọng lượng riêng là N/m³.
Câu hỏi và vận dụng
- Dựa vào đại lượng nào, người ta nói sắt nặng hơn nhôm?
- Một khối gang hình hộp chữ nhật có các cạnh lần lượt \(2\,\text{cm}\), \(3\,\text{cm}\), \(5\,\text{cm}\) và khối lượng \(210\,\text{g}\). Hãy tính khối lượng riêng của gang.
Em đã học
- Khối lượng riêng của một chất được xác định bằng khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó: \(D=\dfrac{m}{V}\).
- Đơn vị thường dùng đo khối lượng riêng là kg/m³ hoặc g/cm³ hay g/mL.
- \(1\,\text{kg/m}^3=0{,}001\,\text{g/cm}^3\); \(1\,\text{g/cm}^3=1\,\text{g/mL}\).
Em có thể: Tính được khối lượng của vật khi biết khối lượng riêng và thể tích, chẳng hạn khối lượng của cột bê tông hình trụ hoặc lượng nước trong bể hình hộp chữ nhật.