Единица измерения плотности

Представьте, что вам нужно понять, почему стальной шарик тонет в воде, а деревянный кубик плавает. Ответ кроется в плотности – физической величине, которая показывает массу вещества, содержащегося в единице объёма. Основная единица измерения плотности в международной системе СИ – килограмм на кубический метр (кг/м³). В лабораториях и школьных задачах часто встречается также грамм на кубический сантиметр (г/см³).

Что такое плотность и как её рассчитать

Плотность обозначается греческой буквой ρ (ро). Она рассчитывается по формуле:

ρ = m / V

где m – масса тела в килограммах, а V – его объём в кубических метрах. Если массу измерить в граммах, а объём – в кубических сантиметрах, результат уже получится в г/см³.

Величина плотности помогает определить, тяжелее ли вещество воды, какую массу имеет заданный объём жидкости и какой объём займёт определённая масса сыпучего материала.

Единица измерения плотности в системе СИ

В системе СИ базовая единица массы – килограмм (кг), а базовая единица объёма – кубический метр (м³). Следовательно, плотность в СИ выражается в кг/м³. Это производная величина: одна единица массы делится на одну единицу объёма.

Преимущество кг/м³ в том, что она используется в инженерных расчётах, строительстве, физике и ГОСТах для описания материалов от воздуха до металлов.

Как перевести кг/м³ в г/см³ и другие единицы?

В химии и биологии чаще работают с небольшими объёмами, поэтому там распространена единица г/см³. Перевод между системами простой:

1 г/см³ = 1 000 кг/м³

Это равенство вытекает из соотношения между метром и сантиметром: 1 м = 100 см, следовательно, 1 м³ = 100 × 100 × 100 = 1 000 000 см³. Таким образом, чтобы перевести г/см³ в кг/м³, достаточно умножить на 1 000. Обратный перевод выполняется делением на 1 000.

Все четыре единицы численно равны между собой, но в СИ предпочитают именно кг/м³.

Таблица плотности распространённых веществ

Чтобы лучше ориентироваться в числах, полезно знать плотности привычных материалов при температуре около 20 °C.

Ртуть в 13,6 раза плотнее воды, поэтому железо и даже свинец плавают в ней. Воздух же имеет плотность примерно в 800 раз меньше водяной, поэтому мячики и шарики всплывают.

Пример расчёта массы через плотность

Задача. Бак объёмом 0,05 м³ заполнен бензином плотностью 710 кг/м³. Какова масса топлива?

Решение.

m = ρ × V

m = 710 × 0,05 = 35,5 кг

Ответ: в баке находится 35,5 кг бензина.

Важно следить за единицами: если бы объём был дан в литрах, сначала нужно перевести его в м³ (1 л = 0,001 м³), чтобы единицы согласовались.

Чем плотность отличается от удельного веса?

Начинающие часто путают эти два термина. Плотность – это отношение массы к объёму. Удельный вес – это отношение веса тела к его объёму. Вес зависит от гравитации, поэтому удельный вес измеряется в ньютонах на кубический метр (Н/м³), а плотность – в кг/м³.

На Земле эти величины связаны через ускорение свободного падения (g ≈ 9,81 м/с²), но в космосе или на других планетах плотность тела не изменится, а удельный вес – да.

Краткая справка: другие единицы плотности

В разных отраслях встречаются иные обозначения:

• т/м³ – тонны на кубический метр, удобны в горнодобыче и строительстве;
• кг/л – килограммы на литр, часто встречаются на упаковках с бытовой химией и маслами;
• кг/дм³ – килограммы на кубический дециметр, эквивалентны кг/л.

Ни одна из них не является базовой единицей СИ, однако все они связаны с кг/м³ коэффициентом 1 000. Запомнив это соотношение, можно быстро переключаться между любыми формами записи.