Khối lượng tăng theo thể tích
Một mẩu sắt nhỏ có thể nhẹ hơn một khối nhôm lớn. Vì vậy, câu “sắt nặng hơn nhôm” cần được hiểu trong điều kiện so sánh rõ ràng.
Trong thí nghiệm, cân ba thỏi sắt đặc có thể tích lần lượt là $V$, $2V$, $3V$. Các thỏi cùng loại sắt, ở cùng điều kiện: khối lượng tương ứng xấp xỉ $m$, $2m$, $3m$. Thể tích tăng bao nhiêu lần thì khối lượng tăng bấy nhiêu lần.
Tỉ số khối lượng và thể tích tương ứng gần như không đổi. Tỉ số đó là **khối lượng riêng**, kí hiệu $D$:
$$D=\frac{m}{V}.$$
Trong đó $m$ là khối lượng, $V$ là thể tích phần chất đang xét. Khối lượng riêng cho biết khối lượng của một đơn vị thể tích chất đó, không phải tổng khối lượng của mọi vật làm từ chất ấy.
So sánh khi cùng thể tích
Cân những khối nhôm, sắt, đồng đặc có cùng thể tích. Khối lượng của chúng khác nhau nên tỉ số $m/V$ khác nhau. Với số liệu ở nhiệt độ phòng trong hình, $1\,\mathrm{cm^3}$ sắt có khối lượng $7{,}8\,\mathrm g$, lớn hơn khối lượng của $1\,\mathrm{cm^3}$ nhôm.
Như vậy, sắt có khối lượng riêng lớn hơn nhôm. Điều này không có nghĩa mọi vật bằng sắt đều nặng hơn mọi vật bằng nhôm.
Khi dùng $D$ để tham khảo vật liệu, cần đối chiếu điều kiện và các thông tin khác. Hai vật liệu có giá trị gần nhau không đủ để khẳng định chúng là cùng một chất. Với vật rỗng, thể tích ngoài không phải thể tích của riêng phần vật liệu.
Bài luyện
Khối lượng riêng của một chất cho biết đại lượng nào?
Đúng: khối lượng riêng gắn khối lượng với một đơn vị thể tích.
Thể tích không phải khối lượng riêng.
Trọng lượng và khối lượng khác nhau; còn cần xét thể tích.
Phải chia cho thể tích, không chia cho một chiều dài.
Lời giải
Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích chất. Công thức xác định là $D=m/V$, với khối lượng và thể tích tương ứng của phần chất đang xét. Đáp án A.
Bài luyện
Hai thỏi đặc cùng loại sắt, cùng điều kiện. Thỏi thứ hai có thể tích gấp đôi thỏi thứ nhất. Nhận xét nào đúng?
Khối lượng riêng không tăng chỉ vì lượng chất tăng.
Cùng chất, thể tích gấp đôi thì khối lượng cũng gấp đôi.
Đúng: cả m và V cùng gấp đôi nên m/V không đổi.
Khối lượng tăng chứ không giảm khi thể tích tăng.
Lời giải
Với các mẫu cùng loại sắt ở cùng điều kiện, khối lượng tỉ lệ với thể tích. Khi $V$ gấp đôi thì $m$ gấp đôi, còn $D=m/V$ gần như không đổi. Đáp án C.
Bài luyện
Các khối đặc nhôm và sắt có cùng thể tích ở nhiệt độ phòng. Biết D của sắt lớn hơn D của nhôm. Khối nào có khối lượng lớn hơn?
Khối lượng phụ thuộc khối lượng riêng khi thể tích đã cố định.
Đúng: từ m = DV, D lớn hơn cho m lớn hơn.
Cùng thể tích không có nghĩa cùng khối lượng.
Đã đủ dữ kiện để so sánh hai khối.
Lời giải
Hai khối có cùng $V$, còn $D_{\text{sắt}}>D_{\text{nhôm}}$. Theo $m=DV$, khối sắt có khối lượng lớn hơn. Không mở rộng kết luận này sang hai vật có thể tích khác nhau. Đáp án B.
Bài luyện
Một hộp kim loại rỗng kín. Lấy khối lượng hộp chia cho thể tích ngoài để khẳng định D của kim loại làm hộp. Cách này thiếu điều gì?
Chỉ biết chiều cao chưa xác định được thể tích phần kim loại.
Màu không thay thế thể tích trong công thức.
Không cộng khối lượng không khí ngoài hộp vào khối lượng kim loại.
Đúng: phải ghép khối lượng với thể tích đúng của phần chất đang xét.
Lời giải
Công thức $D=m/V$ phải dùng khối lượng và thể tích tương ứng của kim loại. Thể tích ngoài của hộp rỗng gồm cả khoảng rỗng nên không cho trực tiếp khối lượng riêng của vật liệu làm hộp. Đáp án D.