Плотность, Масса и Объём

Как Связаны Плотность, Масса и Объём

Плотность измеряет, сколько массы упаковано в данный объём — вот почему шар для боулинга намного тяжелее пляжного мяча того же размера. Введите любые два значения из плотности, массы или объёма, и этот калькулятор найдёт третье.

Формула

$$\vC{\text{Плотность}} = \frac{\vA{\text{Масса}}}{\vB{\text{Объём}}}$$ $$\vA{\text{Масса}} = \vC{\text{Плотность}} \times \vB{\text{Объём}}$$ $$\vB{\text{Объём}} = \frac{\vA{\text{Масса}}}{\vC{\text{Плотность}}}$$

Масса и объём имеют собственный переключатель единиц (кг/г/фунт и м³/л/фт³) — при поиске плотности результат показывается как составная единица, построенная напрямую из выбранных вами единиц массы и объёма (например, фунт/фт³), поэтому она всегда соответствует единицам, которые вы фактически ввели.

Пример Расчёта

Образец весом 500 граммов объёмом 200 литров:

1. Переведите в канонические единицы СИ: $\vA{500}\text{ г} = \vA{0.5}\text{ кг}$ и $\vB{200}\text{ л} = \vB{0.2}\text{ м}^3$ (поскольку 1 м³ = 1000 л).
2. Плотность: $\vA{0.5} \div \vB{0.2} = \vC{2.5}$ кг/м³.

Ключевые Факторы, Которые Следует Учитывать

• Температура и давление оба влияют на истинную плотность материала, особенно для газов и жидкостей. Большинство опубликованных справочных значений плотности приведены при определённой стандартной температуре (часто 20°C или 25°C) — объект, измеренный при заметно другой температуре, может иметь значимо иную реальную плотность, чем предполагает справочное значение, поскольку материалы обычно немного расширяются при нагреве.
• Твёрдые тела обычно гораздо менее сжимаемы, чем жидкости, а жидкости — гораздо менее, чем газы. Именно поэтому плотность газа резко меняется с давлением, в то время как плотность твёрдого тела меняется едва заметно — сравнения плотности между разными агрегатными состояниями должны учитывать это, если важна точность.
• Объём объекта неправильной формы измерить напрямую сложнее, чем его массу. Взвешивание объекта обычно несложно с помощью весов, но нахождение его объёма часто требует вытеснения воды или геометрического расчёта — точность рассчитанной плотности не лучше, чем точность наименее точного из двух измерений, входящих в неё.
• Удельный вес (относительная плотность) сравнивает плотность вещества с плотностью воды как простое отношение. Удельный вес больше 1 означает плотнее воды (тонет); меньше 1 означает менее плотный, чем вода (плавает) — это связанный, безразмерный способ, которым некоторые области выражают то же самое базовое свойство, которое этот калькулятор вычисляет напрямую.

Распространённые Ошибки

• Путаница между массой и весом. Масса (кг, г, фунт как единица массы) — это количество вещества в объекте; вес — это сила, с которой гравитация действует на эту массу. Формула плотности использует массу — на Земле эти два понятия достаточно совпадают в повседневном использовании, так что это редко приводит к неверному ответу, но стоит знать, что на самом деле это не одно и то же.
• Забывание, что общая плотность полого или пористого объекта ниже истинной плотности его материала. Сплошной стальной шар и полый стальной шар сделаны из одного материала, но полый имеет меньшую массу при том же внешнем объёме — этот калькулятор сообщает плотность, которую фактически предполагают введённые масса и объём, а не справочное значение материала из учебника.
• Ввод объёма, вычисленного по внешним размерам объекта, вместо его фактически вытесненного объёма. Для объекта неправильной формы или частично полого важен именно объём, который реально занимает материал, а не описанный вокруг него параллелепипед — измерение вытеснением воды фиксирует это правильно, а быстрая оценка длина × ширина × высота часто нет.

Полезно Знать

Этот калькулятор всегда сохраняет массу и объём в единицах, которые вы фактически ввели, переводя их во внутренние единицы СИ (килограммы и кубические метры) только для выполнения расчёта, а затем переводя результат обратно — поэтому результат плотности в фунт/фт³ или г/см³ отражает ваши собственные единицы, а не принудительное преобразование в кг/м³. Если вам нужно сравнить с опубликованным справочным значением плотности (часто указанным в г/см³ или кг/м³), обычно проще всего переключить единицы массы и объёма на граммы и кубические сантиметры (или килограммы и кубические метры) перед сравнением, а не пересчитывать окончательный ответ вручную.