Khối lượng riêng là gì? Công thức tính và ứng dụng thực tế 

1. Khối lượng riêng là gì? 

Khối lượng riêng, còn gọi là mật độ khối lượng, là một đại lượng thể hiện mức độ tập trung khối lượng trong một đơn vị thể tích của một chất. Nó được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng và thể tích của chất đó khi ở trạng thái nguyên chất.

Nói một cách dễ hiểu, khối lượng riêng cho biết mối quan hệ giữa khối lượng và thể tích của một vật. Đại lượng này có thể được xác định cho chất rắn, lỏng hoặc khí, nhưng thường được áp dụng phổ biến nhất trong nghiên cứu và tính toán đối với chất khí.

2. Công dụng của khối lượng riêng 

• Khối lượng riêng thể hiện khối lượng của một đơn vị thể tích vật chất, giúp so sánh mức độ nặng nhẹ giữa các vật thể khác nhau.

• Trong lĩnh vực cơ khí, đây là yếu tố quan trọng để lựa chọn vật liệu phù hợp cho từng ứng dụng, đảm bảo hiệu suất và độ bền.

• Trong ngành vận tải đường thủy, khối lượng riêng được sử dụng để tính toán tỷ trọng của nước, dầu, nhớt, giúp phân bổ hợp lý trên tàu, đảm bảo sự cân bằng và an toàn khi di chuyển.

3.  Công thức tính khối lượng riêng

Khối lượng riêng của một chất tại một điểm trong vật được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng của một thể tích cực nhỏ tại vị trí đó và chính thể tích đó.

Theo hệ đo lường quốc tế (SI), đơn vị của khối lượng riêng là kilogam trên mét khối (kg/m³). Bên cạnh đó, đơn vị gam trên centimet khối (g/cm³) cũng thường được sử dụng trong một số trường hợp.

Việc xác định khối lượng riêng của một vật giúp nhận diện thành phần chất tạo nên vật đó. Bằng cách so sánh kết quả đo được với bảng khối lượng riêng của các chất đã biết, ta có thể xác định vật liệu cấu thành một cách chính xác.

• Công thức tính khối lượng riêng

D = m/V

Trong đó: D là khối lượng riêng (kg/cm3), m là khối lượng của vật (kg) và V là thể tích (m3).

Trong trường hợp chất đó là đồng chất thì khối lượng riêng tại mọi vị trí đều giống nhau và tính bằng khối lượng riêng trung bình.

4. Công thức tính khối lượng riêng trung bình

• Công thức tính khối lượng riêng trung bình

Khối lượng riêng trung bình của một vật thể bất kỳ được tính bằng khối lượng chia cho thể tích của nó, thường kí hiệu là ρ 

ρ = m/V

5. Trọng lượng riêng là gì? 

Trọng lượng riêng của một chất là trọng lượng của một mét khối chất đó. N/m3(Niutơn trên mét khối).

Công thức tính trọng lượng riêng được xác định như sau:

d= P/V

Trong đó:

• d là trọng lượng riêng (N/m³)

• P là trọng lượng của vật (N)

• V là thể tích của vật (m³)

6. Sự khác nhau giữa khối lượng riêng và trọng lượng riêng

Trọng lượng riêng biểu thị trọng lượng của một mét khối vật chất và có sự khác biệt so với khối lượng riêng.

Mối quan hệ giữa hai đại lượng này được thể hiện qua công thức:

Trọng lượng riêng = Khối lượng riêng x 9,81 (Đơn vị đo trọng lượng riêng là N/m³).

Trong đó, đơn vị đo trọng lượng riêng là Newton trên mét khối (N/m³).

7. Các phương pháp xác định khối lượng riêng

Sử dụng tỷ trọng kế

Tỷ trọng kế là dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh, có dạng hình trụ với một đầu gắn quả bóng chứa thủy ngân hoặc kim loại nặng giúp nó đứng thẳng trong chất lỏng. Công cụ này được sử dụng để đo khối lượng riêng của các chất như chất làm mát hoặc chất chống đông chứa Ethylene Glycol. Tuy nhiên, đối với Propylene Glycol có nồng độ trên 70%, tỷ trọng kế không thể đo chính xác do trọng lượng riêng giảm khi vượt quá mức này. Nhiệt độ tiêu chuẩn để đo bằng tỷ trọng kế là 20°C.

Sử dụng lực kế

• Đầu tiên, đo trọng lượng của vật bằng lực kế.

• Tiếp theo, xác định thể tích của vật bằng bình chia độ hoặc các dụng cụ đo tương đương.

• Cuối cùng, áp dụng công thức tính khối lượng riêng để xác định giá trị mong muốn. Nếu vật thể là đồng chất và tinh khiết, giá trị thu được sẽ chính là khối lượng riêng của chất đó.

8. Ứng dụng của khối lượng riêng trong thực tiễn

• Trong công nghiệp cơ khí: Khối lượng riêng là một trong những yếu tố quan trọng cần xem xét khi lựa chọn vật liệu, giúp đảm bảo sự phù hợp về trọng lượng và đặc tính kỹ thuật.

• Trong vận tải đường thủy: Khối lượng riêng được sử dụng để tính toán tỷ trọng của dầu, nhớt và nước, giúp phân bổ hợp lý trong các két chứa nhằm duy trì sự cân bằng và ổn định cho tàu khi di chuyển.