Công thức tính trọng lượng riêng: Hướng dẫn chi tiết và ứng dụng thực tiễn

Trọng lượng riêng là một khái niệm cơ bản nhưng vô cùng quan trọng trong chương trình học Vật lí, thường xuất hiện trong các bài tập và ứng dụng thực tiễn. Tuy nhiên, nhiều học sinh vẫn còn băn khoăn về công thức tính trọng lượng riêng, đơn vị đo lường, và cách áp dụng chính xác trong các tình huống cụ thể.

Trong bài viết này, EduTOPS sẽ cùng bạn khám phá chi tiết về khái niệm trọng lượng riêng, công thức tính toán chính xác, và phương pháp xác định giá trị này một cách hiệu quả. Những kiến thức này không chỉ giúp bạn giải quyết nhanh chóng các bài tập Vật lí mà còn củng cố nền tảng để áp dụng vào thực tiễn. Đừng quên tham khảo thêm phần công thức tính khối lượng riêng để có cái nhìn toàn diện hơn về chủ đề này.

1. Khái niệm trọng lượng riêng: Định nghĩa và ý nghĩa

Trọng lượng riêng của một chất được tính bằng trọng lượng của một đơn vị thể tích (1 m³) chất đó, phản ánh mật độ và đặc tính vật lí của vật liệu.

2. Đơn vị đo lường trọng lượng riêng: Giải thích chi tiết

Trọng lượng riêng được đo bằng đơn vị Newton trên mét khối, ký hiệu là N/m³, thể hiện lực tác dụng lên một đơn vị thể tích chất đó.

3. Công thức tính trọng lượng riêng: Hướng dẫn chi tiết

Trọng lượng riêng của một vật được xác định bằng cách chia trọng lượng của vật cho thể tích mà nó chiếm giữ:

Trong đó:

• d là trọng lượng riêng.
• P là trọng lượng. (N)
• V là thể tích. (m³)

• Dựa vào công thức P = 10.m, ta có thể suy ra công thức tính trọng lượng riêng d theo khối lượng riêng D:

⇒ Công thức tính trọng lượng riêng theo khối lượng riêng là: d = 10.D

4. Sự khác biệt giữa khối lượng riêng và trọng lượng riêng

Khối lượng và trọng lượng là hai khái niệm vật lý cơ bản nhưng thường bị nhầm lẫn. Để phân biệt rõ ràng, chúng ta cần quay lại định nghĩa trong sách giáo khoa Vật lý lớp 6:

Trọng lượng của một vật là lực hấp dẫn mà Trái Đất tác dụng lên vật đó, được đo bằng đơn vị Newton (N).

Khối lượng của một vật là đại lượng biểu thị lượng chất cấu tạo nên vật, được đo bằng đơn vị kilogram (kg).

Khối lượng là đặc tính cố định của vật, không thay đổi dù vật ở bất kỳ đâu, giống như vị mặn của muối – dù ở sa mạc Sahara hay đỉnh Everest, muối vẫn giữ nguyên vị mặn đặc trưng.

Trọng lượng, ngược lại, phụ thuộc vào lực hấp dẫn tác dụng lên vật. Do đó, trọng lượng của một vật sẽ thay đổi tùy thuộc vào vị trí của vật trong trường hấp dẫn.

5. Phương pháp xác định trọng lượng riêng của một chất

Để xác định trọng lượng riêng của chất làm nên quả cân, chúng ta cần chuẩn bị các dụng cụ sau:

- Một quả cân 200g cần đo trọng lượng riêng, được buộc bằng một sợi chỉ.

- Một bình chia độ có giới hạn đo 250cm³, miệng rộng để quả cân có thể dễ dàng đặt vào bình. Bình chứa khoảng 100cm³ nước.

- Một lực kế có giới hạn đo tối thiểu 2,5N.

* Hướng dẫn giải:

Để xác định trọng lượng riêng của chất làm quả cân, chúng ta thực hiện các bước sau:

+ Bước 1: Thả quả cân vào bình chia độ đã chứa sẵn V₁ = 100cm³ nước. Giả sử mực nước dâng lên đến vạch V₂ = 120cm³.

Thể tích của quả cân được tính bằng công thức: V = V₂ – V₁ = 120 – 100 = 20 (cm³) = 0,00002 (m³).

+ Bước 2: Treo quả cân vào lực kế để xác định trọng lượng. Giả sử trọng lượng đo được là P = 2N (vì P = 10.m = 10.0,2 = 2N).

+ Bước 3: Áp dụng công thức tính trọng lượng riêng:

d = P/V = 2/0,00002 = 100000 (N/m³).

6. Bài tập ứng dụng tính trọng lượng riêng

Câu 1: Tính khối lượng và trọng lượng của một chiếc dầm sắt có thể tích 40dm³.

* Hướng dẫn giải:

- Dữ liệu bài toán: Thể tích V = 40dm³ = 0,04m³; Khối lượng riêng D = 7800kg/m³; Khối lượng m = ?; Trọng lượng P = ?

- Tra bảng khối lượng riêng, ta xác định được khối lượng riêng của sắt là D = 7800kg/m³.

- Tính khối lượng của chiếc dầm sắt: Áp dụng công thức D = m/V

⇒ m = D.V = 7800.0,04 = 312 (kg)

- Tính trọng lượng của chiếc dầm sắt:

P = 10.m = 10.312 = 3120 (N)

→ Kết quả: m = 312kg; P = 3120N.

Câu 2:

Một khối cát có thể tích 80cm³ và khối lượng 1,2kg.

a) Tính khối lượng riêng của khối cát.

b) Tính trọng lượng riêng của khối cát.

Hướng dẫn giải:

Theo dữ liệu bài toán, ta có:

V = 80cm³ = 0,00008m³

m = 1,2kg

Khối lượng riêng của khối cát được tính bằng công thức: D = m/V = 1,2/0,00008 = 15.000kg/m³

Trọng lượng riêng của khối cát là: d = D × 10 = 15.000 × 10 = 150.000N/m³