Как найти массу когда известен объем 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:

ρ = m / V

И из нее можно вывести еще две формулы.

Формулу для объема тела:

V = m / ρ

А также формулу для расчета массы:

m = V * ρ

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:

m = n * M,

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:

(m1 + m2) / V1 + V2.

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?

Решение:

Найдем объем бруска:

V = a * b * c;

V = 3 * 5 * 7 = 105 см³;

Табличное значение плотности алюминия: 2800 кг/м³ или 2,8 г/см³;

Вычислим массу бруска:

m = V * ρ;

m = 105 * 2,8 = 294 г.

Ответ: m = 294 г. 

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?

Решение:

Найдем недостающую информацию: температура кипения воды t₂ = 100 градусов Цельсия, удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/кг * С, плотность воды 1 г/см³, 1 мл воды = 1 см³;

Найдем массу воды:

m = V * ρ;

m = 200 * 1 = 200 г = 0,2 кг;

Найдем энергию:

Q = c * m * (t₂ – t₁);

Q = 4200 * 0,2 * (100 – 20) = 67200 Дж = 67,2 кДж.

Ответ: Q = 67,2 кДж.

Задача 3

Задача с молярной массой.

Условие: найдите массу CO₂ при объеме в 5,6 л.

Решение:

Найдем молярную массу CO₂ :

M = 12 + 16 * 2 = 44 г/моль;

Найдем количество вещества через объем:

n = 5,6 / 22,4 = 0,25 моль;

Найдем массу:

m = n * M;

m = 0,25 * 44 = 11 г.

Ответ: m = 11 г.

Для того чтобы определить плотность вещества, надо массу тела разделить на его объем:

(10.1)

Массу тела можно определить с помощью весов. А как найти объем тела?

Если тело имеет форму прямоугольного параллелепипеда (рис. 24), то его объем находится по формуле

V = аbс.

Если же у него какая-то другая форма, то его объем можно найти методом, который был открыт древнегреческим ученым Архимедом в III в. до н. э.

Архимед родился в Сиракузах на острове Сицилия. Его отец, астроном Фидий, был родственником Гиерона, ставшего в 270 г. до н. э. царем города, в котором они жили.

До нас дошли не все сочинения Архимеда. О многих его открытиях стало известно благодаря более поздним авторам, в сохранившихся трудах которых описываются его изобретения. Так, например, римский архитектор Витрувий (I в. до н. э.) в одном из своих сочинений рассказал следующую историю:
«Что касается Архимеда, то изо всех его многочисленных и разнообразных открытий то открытие, о котором я расскажу, представляется мне сделанным с безграничным остроумием.

Во время своего царствования в Сиракузах Гиерон после благополучного окончания всех своих мероприятий дал обет пожертвовать в какой-то храм золотую корону бессмертным богам. Он условился с мастером о большой цене за работу и дал ему нужное по весу количество золота. В назначенный день мастер принес свою работу царю, который нашел ее отлично исполненной; после взвешивания вес короны оказался соответствующим выданному весу золота.

После этого был сделан донос, что из короны была взята часть золота и вместо него примешано такое же количество серебра. Гиерон разгневался на то, что его провели, и, не находя способа уличить это воровство, попросил Архимеда хорошенько подумать об этом. Тот, погруженный в думы по этому вопросу, как-то случайно пришел в баню и там, опустившись в ванну, заметил, что из нее вытекает такое количество воды, каков объем его тела, погруженного в ванну. Выяснив себе ценность этого факта, он, не долго думая, выскочил с радостью из ванны, пошел домой голым и громким голосом сообщал всем, что он нашел то, что искал. Он бежал и кричал одно и то же по-гречески: «Эврика, эврика! (Нашел, нашел!)».

Затем, пишет Витрувий, Архимед взял сосуд, доверху наполненный водой, и опустил в него золотой слиток, равный по весу короне. Измерив объем вытесненной воды, он снова наполнил сосуд водой и опустил в него корону. Объем воды, вытесненной короной, оказался больше объема воды, вытесненной золотым слитком. Больший объем короны означал, что в ней присутствует менее плотное, чем золото, вещество. Поэтому опыт, проделанный Архимедом, показал, что часть золота была похищена.

Итак, для определения объема тела, имеющего неправильную форму, достаточно измерить объем воды, вытесняемой данным телом. Располагая измерительным цилиндром (мензуркой), это сделать несложно.

В тех случаях, когда известны масса и плотность тела, его объем можно найти по формуле, вытекающей из формулы (10.1):

(10.2)

Отсюда видно, что для определения объема тела надо массу этого тела разделить на его плотность.

Если, наоборот, объем тела известен, то, зная, из какого вещества оно состоит, можно найти его массу:

    m = ρV.      (10.3)

Чтобы определить массу тела, надо плотность тела умножить на его объем.

1. Какие способы определения объема вы знаете? 2. Что вам известно об Архимеде? 3. Как можно найти массу тела по его плотности и объему?
Экспериментальное задание. Возьмите кусок мыла, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, на котором обозначена его масса. Проделав необходимые измерения, определите плотность мыла.

Как найти массу из объёма

Масса тела — это одна из важнейших его физических характеристик, которая показывает его гравитационные свойства. Зная объем вещества, а также его плотность, можно без труда вычислить и массу тела, в основе которого и лежит это вещество.

Вам понадобится

• Объем вещества V, его плотность p.

Инструкция

Пускай нам дано неоднородное вещество с массой V и массой m. Тогда его плотность можно будет рассчитать по формуле:
p = m/V.
Из этой формулы следует, что для того, чтобы рассчитать массу вещества, можно воспользоваться ее следствием:
m = p*V. Рассмотрим пример:Пусть нам дан платиновый брусок. Его объем равен 6 кубическим метрам. Найдем его массу.
Задача решается в 2 действия:
1) Согласно таблице плотности различных веществ, плотность платины составляет 21500 кг/куб. метров.
2) Тогда, зная плотность и объем этого вещества, рассчитаем его массу:
6*21500 = 129000 кг, или 129 тонн.

Видео по теме

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Масса представляет собой количество материи, которое содержится в каком-либо теле. В свою очередь материя — это нечто, что можно физически потрогать и ощутить. Как правило, массу связывают с размерами объекта, однако это не всегда верно. Например, земной шар мог бы быть большего размера, но иметь меньшую массу. В статье рассмотрен вопрос о том, как найти массу через объем и плотность.

Понятие массы и ее появление в физике

Перед тем как рассмотреть вопрос о том, как найти массу через объем и плотность, следует понять, откуда взялась масса в физике, и что она определяет. Сам термин «масса» происходит от латинского слова massa – глыба, вещество, тело, которое, в свою очередь, берет свое начало от греческого слова μᾶζα, буквально означающего «тесто».

Масса — физическое понятие, которое указывает на количество содержащейся в теле материи. В Международной системе единиц измерения ее измеряют в килограммах. Появление в физике этого понятия связано с двумя важными законами:

1. Закон всемирного тяготения.
2. Второй закон Ньютона.

В соответствии с концепцией всемирного тяготения два тела притягиваются друг к другу с силой, которая пропорциональна произведению двух постоянных величин. Эти постоянные величины получили название гравитационных масс этих тел. То есть гравитационная масса тела — это свойство самой материи, благодаря которому все тела притягиваются друг к другу.

Что касается второго закона Ньютона, то следует вспомнить, что любое ускорение, вызванное действием некоторой внешней силы на данное тело, пропорционально некоторой константе, которая называется инертной массой. В этом законе инертная масса определяет меру «сложности» изменения скорости движения данного тела.

Понятие объема тела

Объем является физическим свойством материи, которое определяет занимаемое ею пространство. В Международной системе единиц он измеряется в метрах кубических, но также часто используют другие единицы измерения: кубические сантиметры и литры.

В зависимости от состояния вещества применяют различные методы измерения объема:

1. Для жидких тел используют специальные градуированные прозрачные емкости (цилиндры, пробирки, пипетки и другие).
2. Для твердых тел, которые сохраняют свою форму, объем измеряется исходя из их линейных размеров с применением соответствующей математической формулы. Например, параллелепипеда объем равен произведению его длины, ширины и высоты.
3. Газообразные тела не сохраняют свой объем, в отличие от жидкостей и твердых тел, поэтому он для газов всегда равен объему сосуда, в котором находится газ.

Плотность вещества

Наконец, отвечая на вопрос о том, как найти массу через объем и плотность, следует разобраться с последней характеристикой — плотностью тел. Плотность является неотъемлемой физической характеристикой материи, которая связывает массу и объем, то есть она определяет, какое количество массы вещества содержится в единице объема. В Международной системе единиц она выражается в виде килограммов на метр кубический, но часто используется и в граммах на сантиметр кубический.

Любое вещество обладает конкретным значением плотности, например, в одном литре воды содержится один килограмм массы, то есть ее плотность равна 1 кг/л или 1000 кг/м³.

Понятие плотности играет важную роль в природе. Так, вопрос плавучести тел в воде является исключительно вопросом сравнения плотности тела и воды. Тела, имеющие большую плотность, чем вода, тонут в ней, например, яйцо или камень.

Как найти массу в физике через объем и плотность?

Перейдем теперь непосредственно к решению поставленной задачи. Допустим необходимо измерить массу имеющегося алмаза. Сначала нужно измерить его объем, допустим, он равен 5000 см³. Разбираясь в том, как найти массу через объем, следует также определить плотность вещества. В данном случае можно обратиться к табличным данным и посмотреть, какая плотность характерна для алмаза. В таблице находим, что она равна 3,52 г/см³.

После того как все необходимые величины определены, следует использовать известную формулу, как найти массу через объем и плотность: m = V*ρ, где V — объем тела, ρ — плотность. Подставляя полученные значения для алмаза, получаем: m = 5000 (см³)*3,52 (г/см³) = 17600.0 г = 17,6 кг. Следует обратить внимание, что при умножении объема на плотность единицы измерения объема (см³ в примере) сокращаются и остаются только единицы измерения массы.