Измерение массы и объёма
Массу жидкости находят по показаниям весов, а объём — по мензурке, мерному цилиндру или другим измерительным приборам. Важно правильно выбрать единицы, учесть массу сосуда и считать уровень жидкости по нижней точке мениска.
Масса жидкости по показаниям весов
Весы показывают массу всего тела, помещённого на их чашу. Если на чаше стоит сосуд с жидкостью, показание включает массу сосуда и массу жидкости. Поэтому массу жидкости обычно находят вычитанием.
Масса жидкости — величина, показывающая, сколько вещества содержится в жидкости. Обозначается буквой \(m\) и измеряется в килограммах (кг), граммах (г), миллиграммах (мг).
Перед измерением проверьте, что весы установлены на нуле. Если используется функция обнуления тары, на весы сначала ставят пустой сосуд и нажимают кнопку «Тара» или «TARE». Тогда весы показывают только массу добавленной жидкости, но физический смысл остаётся тем же: масса сосуда вычитается автоматически.
Чтобы найти массу вещества в сосуде, из показания для сосуда с веществом вычитают показание для пустого сосуда. Все массы должны быть выражены в одних единицах.
Объём жидкости по мензурке
Уровень жидкости измеряют по шкале мензурки. Сначала определяют цену деления — объём между двумя соседними подписанными или малыми делениями. Затем смотрят, сколько делений соответствует уровню жидкости.
Здесь \(V_0\) — объём у ближайшей подписанной отметки ниже уровня жидкости, \(n\) — число малых делений от этой отметки до уровня, а \(c\) — цена одного деления. Если уровень находится между делениями, результат записывают с учётом точности шкалы, не придумывая лишних цифр.
Поставьте мензурку вертикально на ровную поверхность, расположите глаза на уровне жидкости и считайте объём по нижней части вогнутого мениска. Для непрозрачной жидкости или выпуклого мениска правила могут отличаться, но это должно быть указано в условии.
Объём жидкости измеряют в литрах (л), миллилитрах (мл), кубических сантиметрах (\(\text{см}^3\)) и кубических метрах (\(\text{м}^3\)). Полезные равенства: \(1\ \text{мл}=1\ \text{см}^3\), \(1\ \text{л}=1000\ \text{мл}\).
При решении задачи сначала приведи все величины к одной системе. Например, \(250\ \text{мл}=250\ \text{см}^3=0{,}25\ \text{л}\).
Связь массы, объёма и плотности
Если известна плотность вещества, массу и объём можно связать формулой плотности. Перед решением полезно повторить формулу плотности и единицы плотности.
Например, если масса жидкости равна \(200\ \text{г}\), а объём — \(250\ \text{мл}\), то её плотность равна \(0{,}8\ \text{г/мл}\). Нельзя смешивать граммы с килограммами или миллилитры с кубическими метрами без перевода единиц.
Пустой стакан имеет массу 120 г, а стакан с водой — 370 г. Какова масса воды?
Разобранный пример: масса и плотность жидкости
Пустая колба имеет массу \(180\ \text{г}\). Колба с жидкостью показывает на весах \(430\ \text{г}\). По мензурке объём жидкости равен \(200\ \text{мл}\). Найдите массу и плотность жидкости.
Плотность \(1{,}25\ \text{г/мл}\) означает, что каждый миллилитр этой жидкости имеет массу в среднем \(1{,}25\ \text{г}\). Для проверки можно умножить плотность на объём: \(1{,}25\cdot200=250\ \text{г}\).
Другие способы измерить объём
Для правильных геометрических тел объём находят по размерам: например, объём прямоугольного сосуда равен произведению длины, ширины и высоты. Для тела неправильной формы применяют метод вытеснения: тело погружают в жидкость и находят разность показаний объёма до и после погружения.
Плотность жидкости можно оценивать и с помощью ареометра. Он погружается на такую глубину, при которой сила выталкивания уравновешивает вес прибора, а шкала показывает плотность или относительную плотность жидкости.
В реальном эксперименте результат нельзя считать абсолютно точным. На него влияют цена деления прибора, положение глаз, колебания жидкости, округление и состояние весов. Основные правила оценки описаны на странице погрешность измерений.
1. Не вычитают массу пустого сосуда. 2. Считывают мениск сверху или под углом. 3. Путают цену деления с подписанным числом. 4. Записывают \(250\ \text{мл}\) как \(250\ \text{л}\). 5. Используют формулу \(\rho=mV\) вместо \(\rho=\frac{m}{V}\). 6. Округляют промежуточные результаты слишком рано.
- Проверить нулевое показание весов или учесть массу тары.
- Записать цену деления мензурки и положение мениска.
- Привести величины к согласованным единицам.
- Выбрать нужную формулу и записать ответ с единицей измерения.
Quick-test
Проверь себя
Главное
- Массу жидкости находят вычитанием массы пустого сосуда из массы сосуда с жидкостью.
- Объём по мензурке считывают по шкале, цене деления и нижней части мениска.
- Основные формулы: \(m=m_{\text{с жидкостью}}-m_{\text{сосуда}}\), \(\rho=m/V\), \(V=V_2-V_1\) для метода вытеснения.
- Перед вычислениями приводят величины к согласованным единицам и обязательно записывают единицу ответа.
- На точность влияют прибор, положение глаз, мениск и округление результата.