Плотность вещества: формулы, таблица и онлайн-калькулятор
Возьмем два одинаковых по размеру кубика: один из железа, а другой из дерева. Железный кубик будет намного тяжелее деревянного. А если взять килограмм ваты и килограмм железа, то вата займет огромный мешок, а железо поместится в ладони. Почему так происходит?
Всё дело в том, что разные вещества имеют разную плотность — то есть их молекулы упакованы с разной степенью «тесноты». Это одно из самых главных свойств материалов, которое изучают в курсе физики 7 класса.
Наш онлайн-калькулятор поможет вам быстро рассчитать плотность, массу или объем тела. В него уже встроена справочная база самых популярных материалов, а также конвертер единиц измерения!
Что такое плотность и по какой формуле ее искать?
Плотность вещества — это физическая величина, которая показывает, какая масса этого вещества помещается в единице объема (например, в одном кубическом метре или сантиметре).
В физике плотность обозначается греческой буквой $\rho$ (читается как «ро»). Формула для вычисления:
$$\rho = \frac{m}{V}$$
Где:
- $\rho$ — плотность вещества;
- $m$ — масса тела;
- $V$ — объем тела.
В чем измеряется плотность?
Основная единица измерения в Международной системе (СИ) — килограмм на кубический метр ($\text{кг/м}^3$). В лабораторной практике и химии часто используют более мелкую единицу — грамм на кубический сантиметр ($\text{г/см}^3$).
Связь между ними очень простая:
$$1 \text{ г/см}^3 = 1000 \text{ кг/м}^3$$
(Например: плотность воды равна $1 \text{ г/см}^3$, что абсолютно то же самое, что и $1000 \text{ кг/м}^3$).
Производные формулы: как найти массу и объем
Треугольник формул позволяет легко найти любую неизвестную величину, если известны две другие:
1. Как найти массу тела? Если вы знаете объем детали и материал, из которого она сделана, вы можете легко узнать ее вес (массу), не кладя на весы:
$$m = \rho \cdot V$$
2. Как найти объем тела? Если известна масса и плотность, объем вычисляется делением:
$$V = \frac{m}{\rho}$$
Таблица плотности веществ (Справочник)
Ниже представлены плотности самых распространенных в природе и технике материалов. Значения даны при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре (для газов — при $0^\circ\text{C}$).
Твердые тела
| Вещество | Плотность ($\text{кг/м}^3$) | Плотность ($\text{г/см}^3$) |
|---|---|---|
| Осмий (самый плотный металл) | 22 600 | 22.6 |
| Золото | 19 300 | 19.3 |
| Свинец | 11 300 | 11.3 |
| Серебро | 10 500 | 10.5 |
| Медь | 8 900 | 8.9 |
| Латунь | 8 500 | 8.5 |
| Сталь, Железо | 7 800 | 7.8 |
| Олово | 7 300 | 7.3 |
| Титан | 4 500 | 4.5 |
| Алюминий | 2 700 | 2.7 |
| Стекло оконное | 2 500 | 2.5 |
| Бетон | 2 200 — 2 400 | 2.2 — 2.4 |
| Кирпич | 1 800 | 1.8 |
| Пластмасса (в среднем) | 1 200 | 1.2 |
| Лед | 900 | 0.9 |
| Дерево (сосна, сухая) | 400 | 0.4 |
| Пробка | 240 | 0.24 |
Жидкости
| Вещество | Плотность ($\text{кг/м}^3$) | Плотность ($\text{г/см}^3$) |
|---|---|---|
| Ртуть (жидкий металл) | 13 600 | 13.6 |
| Глицерин | 1 260 | 1.26 |
| Вода морская | 1 030 | 1.03 |
| Вода чистая ($4^\circ\text{C}$) | 1 000 | 1.00 |
| Масло подсолнечное | 930 | 0.93 |
| Машинное масло | 900 | 0.90 |
| Нефть | 800 | 0.80 |
| Спирт этиловый | 800 | 0.80 |
| Бензин | 710 | 0.71 |
Газы (при $0^\circ\text{C}$ и давлении 101 кПа)
| Вещество | Плотность ($\text{кг/м}^3$) |
|---|---|
| Хлор | 3.21 |
| Углекислый газ | 1.98 |
| Кислород | 1.43 |
| Воздух | 1.29 |
| Азот | 1.25 |
| Природный газ | 0.80 |
| Гелий | 0.18 |
| Водород | 0.09 |
Аномалия воды и льда
Взглянув на таблицы, можно заметить удивительный факт. По законам физики твердое состояние вещества всегда плотнее жидкого (молекулы «замерзают» и прижимаются друг к другу). Но вода — уникальное исключение!
Плотность жидкой воды — $1000 \text{ кг/м}^3$, а плотность твердого льда — всего $900 \text{ кг/м}^3$. При замерзании вода расширяется. Именно благодаря тому, что лед менее плотный (более легкий), он не тонет, а плавает на поверхности. Если бы не эта аномалия, все океаны, реки и озера на Земле промерзли бы до самого дна, и жизнь в воде была бы невозможна.
Примеры решения школьных задач
Задача 1: Нахождение плотности Условие: Металлический брусок имеет объем $0.05 \text{ м}^3$, а его масса равна $135$ кг. Из какого металла он сделан? Решение:
- Применяем формулу: $\rho = m / V$.
- $\rho = 135 / 0.05 = 2700 \text{ кг/м}^3$.
- Смотрим в таблицу твердых тел: плотностью $2700 \text{ кг/м}^3$ обладает Алюминий.
Задача 2: Нахождение массы Условие: В бак автомобиля помещается $40$ литров бензина. Какова масса этого бензина? Решение:
- Переведем литры в кубические метры: $40 \text{ л} = 0.04 \text{ м}^3$.
- Найдем плотность бензина в таблице: $\rho = 710 \text{ кг/м}^3$.
- Вычисляем массу: $m = \rho \cdot V = 710 \cdot 0.04 = 28.4 \text{ кг}$.
Используйте наш онлайн-калькулятор плотности, чтобы мгновенно решать подобные задачи и избегать ошибок при переводе единиц измерения!