Об’єм і маса – дві фізичні величини, які властиві всім тілам, які знаходяться в рідкому, твердому і газоподібному станах. Однією з частих завдань у фізиці є переклад об’єму тіла в його масу. Як перевести обсяг масу, докладно описано в цій статті.
Об’єм тіл
Перш ніж розглянути питання про те, як перевести обсяг масу, слід розібратися з фізичними поняттями.
Обсяг являє собою область простору, яку займає тіло у всіх трьох вимірах. Це означає, що якщо тіло має певні розміри лише в одному (лінія) або тільки в двох вимірах (площина), то його об’єм дорівнює нулю. Обсяг є скалярною величиною, тому складати і віднімати обсяги слід таким чином, як це робиться саме для скалярних (не векторних) величин.
Якщо говорити про природу існування обсягу з фізичної точки зору, то слід зазначити, що цей феномен зобов’язаний свого існування так званого принципу заборони Паулі, згідно з яким розташування двох частинок в однаковому квантовому стані неможливо.
У Міжнародній системі одиниць СІ обсяг прийнято вимірювати в кубічних метрах (м3), однак у ряді випадків використовують інші одиниці виміру, наприклад кубічні сантиметри, кілометри і т. д. Обсяг рідин часто вимірюють у літрах (л): 1 л = 10-3 м3 = 1 дм3.
Поняття про масу
До розгляду питання про те, як перевести обсяг масу, слід познайомитися також з масою тіла.
Маса як фізична величина-кількість речовини або матерії і визначає інерційні властивості тіл, тобто їх здатність набувати прискорення, коли на них діє деяка не нульова зовнішня сила. Маса, як і обсяг, є скалярною величиною і властива будь-якому об’єкту у Всесвіті. Вимірюється маса в СІ в кілограмах. Один кілограм – це така маса тіла, при якій це тіло набуває прискорення 1 м/с2 при дії на нього сили в 1 ньютон.
Часто масу плутають з вагою тіла. Останній являє собою силу, з якою тіло тисне на опору. Знаючи цю силу і характеристики гравітаційного поля, в якому знаходиться тіло, зокрема прискорення вільного падіння, можна обчислити масу.
Не слід плутати масу з кількістю речовини, яка в СІ описується в одиницях моль. По суті моль – це кількість часток речовини, тому різні тіла, які мають однакове число частинок (атомів, молекул), які їх утворюють, в загальному випадку мають різною масою.
Фізична величина щільність
Нарешті, перш ніж переходити до питання про те, як перевести обсяг масу, розглянемо щільність – величину, яка безпосередньо стосується зазначеного питання.
В таких науках, як хімія і фізика, під щільністю деякої субстанції розуміють кількість маси, яка полягає у певному обсязі. Оскільки об’єм і маса є скалярними величинами, то і щільність також – скаляр. Зазвичай щільність позначають грецькою буквою ρ (рв).
Згідно з наведеним визначенням, математично можна записати: ρ = m/V, де m – маса тіла в кілограмах, V – об’єм в кубічних метрах, який займає це тіло. Це означає, що щільність вимірюється в одиницях кг/м3.
Щільність однорідних і неоднорідних тіл
Наведена в попередньому пункті формула для визначення щільності справедлива, якщо речовина в тілі розподілено рівномірно. У таких випадках говорять про гомогенном, або однорідному тілі.
У разі ж якщо тіло є гетерогенним, то кожна його микрообласть характеризується власним значенням щільності. У таких випадках для визначення середнього значення щільності для всього тіла необхідно виміряти її значення в кожному мікроскопічному обсязі тіла, скласти отримані результати і розділити на кількість проведених вимірювань.
Зазначимо, що поняття щільності вважається визначеним до просторових масштабів порядку 10-8 м. На атомних масштабах поняття щільності втрачає сенс, що пов’язано з певною структурою атома. Так, атом складається з ядра і електронних оболонок, має радіус порядку 10-10 м, розмір ядра атома становить близько 10-13 м, тобто радіус атома більше радіусу його ядра в 1000! Практично вся маса атома зосереджена в його маленькому ядрі, що приводить до величезних ядерних щільності, вони становлять близько 1017 кг/м3, тобто якщо б вдалося отримати речовину, яке складалося б лише з атомних ядер, то 1 м3 цієї речовини мав би масу 100 000 млрд тонн! Приблизно такі щільності існують у Всесвіті в нейтронних зірок і чорних дірах.
Як перевести обсяг масу у фізиці?
Познайомившись з визначенням всіх необхідних величин, безпосередньо перейдемо до відповіді на питання статті. Щоб перевести обсяг масу, скористаємося визначенням щільності матерії: ρ = m/V. З цієї формули висловлюємо масу, отримуємо: m = ρ*V.
Таким чином, якщо відомий обсяг тіла і значення густини речовини, з якого це тіло складається, то достатньо перемножити ці величини, щоб отримати масу тіла, що є відповіддю на питання про те, як переводити обсяг в масу. Слід пам’ятати, що перед тим, як перемножувати обсяг і щільність, необхідно привести їх до відповідних одиниць вимірювань, наприклад [м3] і [кг/м3] відповідно.
Навпаки, щоб перекласти масу в обсяг, формула підійде наступна: V = m/ρ, тобто масу тіла потрібно поділити на його щільність.
Зв’язок між об’ємом і масою для води
Щоб об’єм води перевести в масу, слід скористатися наведеною вище формулою. Однак для чистої води значення щільності становить 1000 кг/м3, або 1 г/см3, або 1 кг/л. Це означає, що обсяг масу і навпаки для цієї субстанції легко перекладати, для цього потрібно лише знати відповідність між одиницями вимірювань цих фізичних величин. Наприклад, 2 л води мають масу 2 кг, а 3,5 тонни води займають об’єм 3,5 м3.
Зазначимо, що щільність 1000 кг/м3 характерна тільки для чистої води. Будь-які домішки і солі можуть значно змінити цей показник, наприклад щільність морської води становить 1027 кг/м3, тобто морська вода на 2,7 % щільніше прісної.
