คุณเคยมองบางสิ่งที่มีขนาดใหญ่และไม่มีชีวิต เช่น รถถังต่อสู้หรือเครื่องบินพาณิชย์ขนาดเล็ก และสงสัยว่ามันหนักเท่าไร? ถ้าเป็นเช่นนั้น จิตใจของคุณพยายามคาดเดาอย่างไร?
คุณนึกถึงคำศัพท์เช่น "หนัก" "หนา" "เบา" และ "กลวง" หรือไม่? คุณพยายามคำนวณว่า "ใหญ่" หมายถึงอะไรในแง่คณิตศาสตร์คร่าวๆ หรือเปล่า?
คุณอาจจะเดาได้ว่ารถถังและเครื่องบินที่มีขนาดใกล้เคียงกันจะมีมวลแตกต่างกันมาก (และมีขนาดเท่ากัน) แต่ทำไม?
หากวงนี้คุ้นเคยก็เพราะว่าไม่ว่าคุณจะรู้ตัวหรือไม่ก็ตาม สมองของคุณพยายามหาจุดตัดของปริมาณทางกายภาพของปริมาณ("ขนาด") และมวลครั้งอัตราเร่ง ของ แรงโน้มถ่วง (น้ำหนัก).
จุดตัดระหว่างการเดินทางจากปริมาตรสู่น้ำหนักคือความหนาแน่นซึ่งเป็นการวัดโดยตรงของปริมาณของ "สิ่งของ" ต่อหน่วยของพื้นที่สามมิติ หรือมวลหารด้วยปริมาตร
ความหนาแน่นคืออะไร?
ความหนาแน่นเป็นคุณสมบัติโดยธรรมชาติ (ในตัว) ของสารที่ขึ้นอยู่กับว่าสารนั้นใช้พื้นที่เท่าใด บางครั้งมี การพึ่งพาอุณหภูมิเนื่องจากสารบางชนิดรวมทั้งน้ำสามารถขยายตัวและหดตัวด้วยความร้อนและความเย็นได้แตกต่างกันไป องศา
ความหนาแน่นแสดงเป็นหน่วยของมวลหารด้วยปริมาตร, มาตราฐานสากล(SI) หน่วย
เป็นกิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ("ลูกบาศก์") หรือกก./ม.3.ในห้องปฏิบัติการ หน่วยเช่น กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร หรือ g/cm3เป็นเรื่องปกติมากขึ้น- หนึ่งซม.3 เทียบเท่ากับหนึ่งมิลลิลิตร (มล.); ทั้งสองเป็นหน่วยของปริมาตร ในการตั้งค่าทางเคมีส่วนใหญ่ ควรใช้อย่างหลัง
เมื่อคุณคิดว่าวัตถุมีน้ำหนักมาก คุณมักจะคำนึงถึงขนาดของวัตถุนั้นด้วย ถุงสำลีขนาดเท่าสนามกีฬาจะ "หนัก" เมื่อคุณนึกถึงชนิดของสารเป็น "หนัก" สิ่งที่คุณได้รับคือความหนาแน่น โดยปกติปริมาณนี้จะถูกระบุโดยρ, อักษรกรีกตัวพิมพ์เล็ก rho
มวล น้ำหนัก และแรงโน้มถ่วง
ในขณะที่มวลไม่ใช่น้ำหนัก วัตถุที่มีมวลมากกว่าจะมีน้ำหนักที่สูงกว่าตามสัดส่วนเนื่องจากกฎแรงโน้มถ่วงของนิวตัน,
F=mg
กับgเป็นความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง. gมีค่า 9.8 m/s2 บนโลกหมายความว่าส่งแรง 9.8 m/s2 × 15 กก. = 147 นิวตัน (N) บนก้อนหินขนาด 15 กก. (33 ปอนด์)
ความสัมพันธ์เดียวกันนี้บอกเป็นนัยว่าสำหรับวัตถุที่กำหนด (นั่นคือวัตถุที่มีมวลคงที่) แรงที่วัตถุได้รับจากแรงโน้มถ่วงจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าของgซึ่งจะขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุที่รับผิดชอบต่อสนามโน้มถ่วง บนดวงจันทร์ที่ไหนg= 1.625 ม./วินาที2, มวล 15 กก. ยังมีมวล15 กก. แต่มันคือน้ำหนักลดลงประมาณหก: 1.625 m/s2 × 15 กก. = 24.4 น.
สูตรมวลต่อปริมาตร
หากคุณถูกขอให้แปลงกิโลกรัมเป็นปริมาตรเป็น m3 สำหรับสารที่กำหนด คุณจะได้ตัวเลขมากกว่า 1,000 เท่า หากคุณเลือกที่จะแปลง g เป็นปริมาตรในหน่วย cm3 (หรือมล.).
ตัวอย่างเช่น น้ำ 1 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งมีความหนาแน่นเท่ากับ1 กก./ลิตรตามคำจำกัดความมีมวล 1,000 กิโลกรัม (มากกว่า 2,200 ปอนด์) และมีปริมาตรเท่ากับ 1,000 ลิตร ในทางกลับกัน น้ำหนึ่งกรัมใช้เพียงหนึ่งซม.3 (หรือมล.) ดังนั้นวิธีอื่นในการแสดงสิ่งนี้คือ1 กรัม/มล.
แปลง กิโลกรัม เป็น ลิตร
ในการแปลงกิโลกรัมเป็นลิตรเนื่องจากกิโลกรัมและลิตรเป็นหน่วย SI คุณจึงต้องหารมวลด้วยความหนาแน่นเท่านั้น ตั้งแต่
\rho=m/V\text{, }m=\rho V\text{ และ }V=m/\rho
เมื่อแปลงจากกรัมเป็นปริมาตรแทน กฎเดียวกันจะใช้ตราบใดที่หน่วยของปริมาตรเป็น cm3 (มล.).