Как найти массу жидкости: формулы для расчета, пояснения, примеры

Все замечали, что разные вещества, занимающие один объем, весят по-разному. Ведёрко воды весит меньше, чем песка или камней. Вес тела зависит от его плотности – концентрации вещества в единице объема. Рассмотрим связь между этими величинами, способы, как найти массу воды в физике, зная её объём.

Что такое плотность

Плотностью называется скалярная величина, определяющаяся как отношение массы вещества к занимаемому им объёму. Плотность – величина не постоянная, поэтому для многих веществ берётся усреднённое значение, измеренное в нормальных условиях. Так, например, плотность многих встречаемых в повседневной жизни тел зависит от внешних условий. Если говорить о зерне, древесине, грунте, песке, их единица объёма весит тем больше, чем вещество влажнее – в нём больше влаги.

На плотность жидкостей заметное влияние оказывает температура: при охлаждении концентрация в единице объёма увеличивается, при нагревании вещество становится менее плотным.

Здесь есть исключения – вода. Её вес, вязкость достигают пика при температуре 4 °C, при охлаждении и нагревании они снижаются. Лёд получается легче, чем вода, поэтому он образовывается на поверхности водоёмов, на дно не опускается.

При измерении плотности пористых, сыпучих материалов указывается его:

• Насыпное значение – реальное, измеряемое без учёта пустот. Например, сыпучие крупы, щебень, известняк.


• Истинное – от занимаемого объёма отнимаются пустоты. Они определяются практическим путём, например, погружением тела в воду, или через ранее вычисленные коэффициенты.

Плотность при переходе вещества между фазовыми состояниями обычно изменяется скачкообразно, наибольшая разница наблюдается при испарении твёрдых веществ – сублимации.

Формула массы жидкости

Плотность в физике обозначается буквой греческого алфавита , измеряется в кг/м3. Зависит от массы тела и объёма, который занимает:

ρ= m : V, где:

• m – масса тела;
• V – объём.

Все ли знают, как найти массу газа через давление и занимаемый им объем? Для этого пользуются формулой Клапейрона-Менделеева:

pV = (m : M) * RT, где:

• p – давление газа;


• M и T– его молярная масса и температура;


• R – постоянная, равняется 8,314 Дж/(моль⋅К).

Для вычисления массы необходимо провести ряд математических операций: разделим обе части уравнения на ρV, затем – умножим на m, получим:

m = pVM : RT.

Рассмотрим, как найти объем детали, погруженной в жидкость, используя приведённую формулу.

Задачи

В ведро цилиндрической формы налили 5 л воды. Её уровень составил 0,4 м. После погружения в ведро тела уровень жидкости поднялся до 0,55 м. Определите его объём.

Дан объём воды: 5 л или 5000 см³, остальные величины переведём в сантиметры для простоты вычислений: 40 см, 55 см.

Объём цилиндра вычисляется по формуле: V = S_осн * H. Найдём площадь основания:

S_осн = V : H = 5000 : 40 = 125 см².

Далее вычисляем занимаемый водой и деталью объём:

V = S_осн * H = 125 * 55 = 6875 см³.

Высчитываем разницу: 6875 – 5000 = 1875 см³.

Далее рассмотрим, как найти массу жидкости, зная её вес, объём.

Вычислим вес 5-литровой бутыли подсолнечного масла.

Объём известен – 0,005 м³, плотность подсолнечного масла принимают за 920 кг/м³.

Подставим значения в формулу:

m = V * ρ = 0,005 * 920 = 4,6 кг.