วิธีการคำนวณความหนาแน่น ปริมาตร และมวล

ความหนาแน่น (D) คือปริมาณที่กำหนดเป็นมวล (m) ต่อหน่วยปริมาตร (v): D = ม. ÷ v. เนื่องจากปริมาณทั้งสามนี้มีความเกี่ยวข้องกัน คุณสามารถหาหนึ่งในนั้นได้หากคุณรู้จักอีกสองปริมาณ สิ่งนี้มีประโยชน์มากกว่าเสียงเพราะความหนาแน่นมักเป็นปริมาณที่ทราบซึ่งคุณค้นหาได้ โดยถือว่าคุณทราบองค์ประกอบของวัสดุแล้ว

การคำนวณนั้นตรงไปตรงมาสำหรับวัตถุที่เป็นของแข็ง แต่สิ่งต่าง ๆ จะซับซ้อนกว่าสำหรับของเหลว โดยที่ ความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ และสำหรับก๊าซ ซึ่งความหนาแน่นจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและ ความดัน.

สมการที่เกี่ยวข้องกับความหนาแน่น มวล และปริมาตรนั้นตรงไปตรงมา และช่วยให้คุณคำนวณความหนาแน่นของวัสดุได้หากคุณวัดมวลและปริมาตรของวัสดุนั้น ข้อแม้เดียวคือคุณต้องทำการวัดในระบบเดียวกัน

ตัวอย่างเช่น หากคุณวัดมวลเป็นกิโลกรัม คุณควรวัดปริมาตรเป็นลูกบาศก์เมตร และหากคุณวัดปริมาตรเป็นหน่วยควอร์ คุณควรวัดมวลเป็นปอนด์ สามระบบที่คุณน่าจะใช้คือ CGS (เซนติเมตร กรัม วินาที) MKS (เมตร กิโลกรัม วินาที) และ British Imperial หน่วยความหนาแน่นที่ใช้มากที่สุดในสามระบบนี้คือ:

• CGS: กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร หรือ กรัม/มิลลิลิตร
  
• MKS: กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร
  
• อังกฤษ: ปอนด์/ลูกบาศก์ฟุต
  

ตัวอย่าง: สมมติว่าคุณมีบีกเกอร์ที่เต็มไปด้วยสารละลายที่เป็นน้ำลึกลับ การคำนวณความหนาแน่นและเปรียบเทียบกับความหนาแน่นของน้ำบริสุทธิ์สามารถช่วยกำหนดองค์ประกอบของน้ำได้

คุณคำนวณปริมาตรของสารละลายโดยการวัดขนาดของบีกเกอร์และระดับของของเหลวแล้วพบว่าเป็น 355 มล. เนื่องจากมิลลิลิตรเป็นลูกบาศก์เซนติเมตร คุณควรหามวลเป็นกรัม คุณพบว่ามันคือ 372 กรัม

ความหนาแน่นคือ 372 gm ÷ 355 ml = 1.05 gm/ml นั่นเป็นเพียงความหนาแน่นเล็กน้อยกว่าน้ำบริสุทธิ์ (1 กรัม/มิลลิลิตร) ดังนั้นสิ่งที่ละลายในน้ำจะมีความเข้มข้นต่ำ

ตัวอย่าง: คุณพบหินก้อนใหญ่ที่มีรูปร่างเป็นทรงกลมคร่าวๆ และต้องการทราบองค์ประกอบของมัน การหาความหนาแน่นสามารถช่วยให้คุณระบุได้

คำนวณปริมาตรของหินโดยการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางแล้วหารด้วย 2 เพื่อหารัศมี (r)

ปริมาตรของทรงกลมคือ 4/3πr³ดังนั้นถ้าหินมีรัศมี 10 นิ้ว ปริมาตรของมันคือ 418.67 ลูกบาศก์นิ้ว

แปลงเป็นลูกบาศก์ฟุตโดยคูณด้วย 0.00057 ผลลัพธ์คือ 0.239 ลูกบาศก์ฟุต

ถ้าหินมีน้ำหนัก 40 ปอนด์ ความหนาแน่นของมันคือ 40 lb/0.239 ft³ = 167. 36 ปอนด์/ฟุต³. ซึ่งอยู่ใกล้กับความหนาแน่นของหินแกรนิตมาก ดังนั้นจึงมีโอกาสสูงที่หินจะเป็นหินแกรนิตที่เป็นของแข็ง

หากคุณมีวัตถุที่ทำจากวัสดุที่รู้จัก คุณสามารถค้นหาความหนาแน่นของวัตถุนั้นในตารางได้ ข้อมูลนี้ช่วยให้คุณคำนวณปริมาตรได้ด้วยการชั่งน้ำหนัก ถ้าคุณรู้ปริมาตรของมันอยู่แล้ว คุณก็คำนวณมวลของมันได้ การใช้เครื่องคำนวณความหนาแน่น มวล และปริมาตร เพียงแค่ต้องจัดเรียงสมการความหนาแน่นใหม่เพื่อแสดงพารามิเตอร์ที่คุณต้องการในรูปของอีกสองค่าที่เหลือ

ตัวอย่าง: สมมติว่าคุณมีรูปปั้นทองคำ และคุณต้องการหาปริมาตรของมัน

D = m ÷ v ดังนั้น, v = ม. ÷ D

คุณพบว่ารูปปั้นมีน้ำหนัก 2 กก. ในตาราง คุณจะพบความหนาแน่นของทองคำอยู่ที่ประมาณ 19,300 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร³.

เสียบตัวเลขจะได้ปริมาตร 2 กก. ÷ 19,300 กก./ม³ = 0.0001 m³ หรือประมาณหนึ่งในสิบของลิตร

ตัวอย่าง: ปรอทมีน้ำหนักกี่มิลลิลิตร?

D = m ÷ v ดังนั้น, m = Dv

ความหนาแน่นของปรอทคือ 13.6 g/ml ดังนั้นปริมาตร 1 มล. จะมีมวล 13.6 กรัม