Cơ sở vật lí - Phần 3

1 – 3 KHỐI LƯỢNG

Mục tiêu

Sau khi học module này, bạn phải có thể...

1.01  Đổi các đơn vị đo khối lượng bằng cách sử dụng các biến đổi xích-liên kết.

1.02  Liên hệ khối lượng riêng với khối lượng và thể tích khi khối lượng được phân bố đồng đều.

Nội dung chính

  • Kilogram được định nghĩa theo chuẩn khối lượng platinum-iridium được lưu giữ ở gần Paris. Đối với các số đo ở cấp bậc nguyên tử, người ta thường sử dụng đơn vị khối lượng nguyên tử, được định nghĩa theo nguyên tử carbon-12.
  • Khối lượng riêng r của một chất là khối lượng trên đơn vị thể tích.

ρ = m / V

Hình 1-3 Chuẩn quốc tế 1 kg của khối lượng, một khối trụ platinium-iridium có chiều cao và đường kính bằng 3,9 cm.

Khối lượng

Chuẩn Kilogram

Chuẩn SI của khối lượng là một khối trụ làm bằng platinium và iridium (Hình 1-3) được lưu giữ tại Cục Cân Đo Quốc tế ở gần Paris và được gán, theo thỏa thuận quốc tế, là khối lượng 1 kilogram. Các bản sao chính xác được gửi đến các phòng tiêu chuẩn ở các nước khác, và khối lượng của các vật khác có thể được xác định bằng cách cân so chúng với một bản sao. Bảng 1-5 trình bày một số khối lượng biểu diễn theo kilogram, biến thiên trên khoảng 83 bậc độ lớn.

Bản sao chuẩn kilogram của nước Mĩ được lưu trữ trong một tầng hầm tại NIST. Nó được mở ra, không quá một lần mỗi năm, cho mục đích kiểm tra các bản sao được sử dụng ở mọi nơi khác. Kể từ năm 1889, nó đã được mang sang Pháp hai lần để so sánh lại với chuẩn gốc.

Một chuẩn khối lượng thứ hai

Khối lượng của các nguyên tử có thể được so sánh với nhau chính xác hơn là so với chuẩn kilogram. Vì lí do này, ta có một chuẩn khối lượng thứ hai. Đó là nguyên tử carbon-12, mà theo thỏa thuận quốc tế, được gán cho một khối lượng bằng 12 đơn vị khối lượng nguyên tử (u). Mối liên hệ giữa hai đơn vị là

1 u = 1,660 538 86 × 10 – 27 kg                                    (1-7)

với sai số ± 10 ở hai chữ số thập phân sau cuối. Với độ chính xác hợp lí, các nhà khoa học có thể xác định bằng thực nghiệm khối lượng của các nguyên tử khác so với khối lượng của carbon-12. Cái chúng ta còn thiếu ở đây là một phương tiện đáng tin cậy mở rộng độ chính xác đó cho các đơn vị khối lượng thông dụng hơn, ví dụ như kilogram.

Bảng 1-5 Một số khối lượng

Vật

Khối lượng theo kilogram

Vũ trụ đã biết

1 × 1053

Thiên hà của chúng ta

2 × 1041

Mặt trời

2 × 1030

Mặt trăng

7 × 1022

Tiểu hành tinh Eros

5 × 1015

Ngọn núi nhỏ

1 × 1012

Tàu hải dương

7 × 107

Con voi

5 × 103

Quả nho

3 × 10 – 3

Hạt bụi

7 × 10 – 10

Phân tử penicillin

5 × 10 – 17

Nguyên tử uranium

4 × 10 – 25

Proton

2 × 10 – 27

Electron

9 × 10 – 31

 

Khối lượng riêng

Như chúng tôi sẽ nói chi tiết hơn ở Chương 14, khối lượng riêng ρ (kí tự Hi Lạp thường rho) là khối lượng trên đơn vị thể tích:

ρ = m / V                                         (1-8)

Khối lượng riêng thường được tính theo kilogram trên mét khối hoặc gram trên centi-mét khối. Khối lượng riêng của nước (1,00 gram trên centi-mét khối) thường được dùng để so sánh. Tuyết sạch có khối lượng riêng bằng khoảng 10% giá trị đó; platinum có khối lượng riêng gấp khoảng 21 lần khối lượng riêng của nước.

Ví dụ mẫu 1.02 Khối lượng riêng và Sự hóa lỏng

Một vật nặng có thể lún xuống đất trong một trận động đất nếu chấn động làm cho mặt đất chịu sự hóa lỏng, trong đó các hạt đất chịu một ít ma sát khi chúng trượt lên nhau. Mặt đất khi đó căn bản là vùng cát lầy. Khả năng hóa lỏng ở đất cát có thể được dự đoán theo tỉ số khoảng trống e cho một mẩu đất

e = Vtr / Vh                                           (1-9)

Ở đây, Vh là tổng thể tích của các hạt cát trong mẩu, Vtr là tổng thể tích giữa các hạt (các khoảng trống). Nếu e vượt quá một giá trị tới hạn bằng 0,80 thì sự hóa lỏng có thể xảy ra trong trận động đất. Vậy khối lượng riêng tương ứng rc của cát bằng bao nhiêu? Silicon dioxide rắn (thành phần chính của cát) có khối lượng riêng ρSiO2 = 2,600 × 103 kg/m3.

Ý TƯỞNG GIẢI

Khối lượng riêng rc của cát trong một mẩu là khối lượng trên đơn vị thể tích – nghĩa là, tỉ số của tổng khối lượng mc của các hạt cát với tổng thể tích V của mẩu.

            ρc = mc / V                                           (1-10)

Tính toán: Tổng thể tích V của mẩu là

            V = Vh + Vtr

Thay Vtr từ phương trình (1-9) và giải cho Vh ta được

            Vh = V / (1 + e)                                                (1-11)

Từ phương trình (1-8), tổng khối lượng mc của các hạt cát bằng tích của khối lượng riêng của silicon dioxide với tổng thể tích của các hạt cát.

            mc = ρSiO2 Vh                                        (1-12)

Thay biểu thức này vào (1-10) và sau đó thay Vh từ (1-11) cho ta

Thay ρSiO2 = 2,600 × 103 kg/m3 và giá trị tới hạn e = 0,80 ta tìm được sự hóa lỏng xảy ra khi khối lượng riêng của cát nhỏ hơn

Một tòa nhà có thể lún xuống vài mét trong một sự hóa lỏng như thế.

CƠ SỞ VẬT LÍ
Halliday & Resnick – Jearl Walker
Bản in lần thứ 10 - Bản dịch của TVVL
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Các chuẩn cho hệ SI mới
10/08/2017
Trong khi nước Mĩ vẫn ngoan cố sử dụng các đơn vị Anh như dặm, pound và độ Fahrenheit, thì phần đông thế giới thống nhất
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 2)
05/07/2017
muon (mu-meson; gọi tắt) Người đặt tên: Carl Anderson và Seth Neddermeyer, 1938 Muon là thành viên của họ lepton và hành xử giống
Sơ lược từ nguyên vật lí hạt (Phần 1)
26/06/2017
Làm thế nào proton, photon và các hạt khác có được tên gọi của chúng? Theo năm tháng, các nhà vật lí đã đặt tên cho những
Lần đầu tiên làm lạnh laser các phân tử ba nguyên tử
08/05/2017
Lần đầu tiên các phân tử gồm ba nguyên tử đã được làm lạnh xuống nhiệt độ cực lạnh bằng kĩ thuật laser. Thành tựu
Bí ẩn “sương xanh”
21/04/2017
Tại sao những chất lỏng nhất định chuyển thành màu xanh khi nguội đi là một bí ẩn khiến các nhà khoa học bối rối trong hơn
[Sách] Albert Einstein - Mặt nhân bản
10/04/2017
TVVL giới thiệu bài viết của giáo sư Nguyễn Xuân Xanh về tập sách Albert Einstein - Mặt Nhân Bản vừa phát hành ở Việt Nam, do
Thế nào là một đơn vị thiên văn?
30/03/2017
Khi đương đầu với vũ trụ, con người thích diễn đạt các thứ theo những thuật ngữ quen thuộc. Khi khảo sát các ngoại hành
Nguyên tố Arsenic
26/03/2017
Số nguyên tử: 33 Trọng lượng nguyên tử: 74,92160 Màu: xám Pha: rắn Phân loại: á kim Điểm nóng chảy: không rõ Điểm thăng
Vui Lòng Đợi

Đọc nhiều trong tháng

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com