Vandens tankis ir savitasis svoris: 1 litro ir 1 m³ masė

Esant maždaug 20 °C kambario temperatūrai, gryno vandens tankis yra apie 998,2 kg/m³. Todėl 1 litro vandens masė yra maždaug 0,9982 kg, o 1 m³ – apie 998,2 kg. Buitiniams ir preliminariems skaičiavimams šios reikšmės dažniausiai apvalinamos: 1 litras vandens ≈ 1 kg, 1 m³ ≈ 1000 kg.

Tačiau vandens tankis priklauso nuo temperatūros. Skystas vanduo didžiausią tankį pasiekia maždaug ties 4 °C, kai jis yra apie 999,975 kg/m³. Virš šios temperatūros šildomas vanduo plečiasi, todėl tame pačiame tūryje esančios masės kiekis palaipsniui mažėja.

Svarbu atskirti masę, tankį ir savitąjį svorį. Kilogramas yra masės vienetas. Tankis nurodomas, pavyzdžiui, kg/m³. Fizikine prasme savitasis svoris yra svorio jėga tūrio vienetui ir išreiškiamas N/m³.

Vandens tankis esant skirtingai temperatūrai

Lentelėje pateikiamos suapvalintos gryno vandens reikšmės nuo 0 iki 40 °C, tinkamos praktiniams skaičiavimams. Laboratoriniams, metrologiniams ir kitiems tiksliems darbams reikia įvertinti ir vandens sudėtį, ištirpusias dujas, slėgį bei konkrečias matavimo sąlygas.

Reikšmė 1000 kg/m³ ties 4 °C patogi greitiems skaičiavimams, tačiau ji suapvalinta. Tikslesnis gryno vandens tankis netoli šios temperatūros yra šiek tiek mažesnis nei 1000 kg/m³.

Kiek sveria 1 litras vandens?

Vienas litras yra 0,001 m³. Vandens masė apskaičiuojama formule:

m = ρ × V

kur:

• m — masė, kg;
• ρ — vandens tankis, kg/m³;
• V — tūris, m³.

1 litrui vandens esant 20 °C:

V = 1 L = 0,001 m³

m = 998,2 × 0,001 ≈ 0,9982 kg

Taigi 20 °C temperatūroje vieno litro gryno vandens masė yra apie 998 g. Skirtumas nuo įprastos taisyklės „1 litras = 1 kg“ yra nedidelis, todėl kasdieniuose skaičiavimuose dažnai ignoruojamas.

Kiek sveria 1 m³ vandens?

Vieno kubinio metro atveju skaičiavimas dar paprastesnis, nes tūris jau lygus 1 m³:

m = ρ × 1

Esant 20 °C:

m ≈ 998,2 kg

Todėl 1 m³ gryno vandens esant 20 °C turi maždaug 998,2 kg masę, arba apie 0,998 t.

Netoli 4 °C 1 m³ vandens masė praktiškai lygi vienai tonai.

Kaip apskaičiuoti bet kokio vandens tūrio masę

Jei tūris nurodytas litrais, pirmiausia jis paverčiamas kubiniais metrais:

V(m³) = V(L) / 1000

Tada naudojama formulė:

m = ρ × V

Pavyzdys: apskaičiuokime 50 litrų vandens masę esant 20 °C.

1. Tūrį paverčiame: 50 L = 0,05 m³.
2. Naudojame tankį: ρ ≈ 998,2 kg/m³.
3. Skaičiuojame: m = 998,2 × 0,05 ≈ 49,91 kg.

Taigi 50 litrų vandens esant 20 °C masė yra apie 49,9 kg.

Tokiu pačiu būdu 200 litrų esant 20 °C masė yra maždaug:

998,2 × 0,2 ≈ 199,6 kg

Kodėl temperatūra keičia vandens tankį

Kintant temperatūrai, keičiasi ir vidutinis atstumas tarp molekulių. Todėl tas pats vandens tūris gali turėti šiek tiek skirtingą masę.

Vanduo turi ypatingą savybę: didžiausias jo tankis yra maždaug ties 4 °C. Toliau vėsinant link užšalimo taško, tankis vėl šiek tiek mažėja. Todėl 0 °C temperatūroje reikšmė yra mažesnė nei 4 °C.

Virš 4 °C vanduo šildamas plečiasi. Pavyzdžiui, viename litre 40 °C vandens yra mažiau masės nei viename litre 20 °C vandens.

Tankio pokyčio nereikėtų painioti su bendros masės pokyčiu. Jei uždaras indas su nekintamu vandens kiekiu pašildomas neprarandant vandens, masė lieka ta pati, o tūris pasikeičia.

Vandens tankis ir savitasis svoris — kuo jie skiriasi?

Tankis yra masės ir tūrio santykis:

ρ = m / V

SI tankio vienetas yra kg/m³.

Savitasis svoris yra svorio jėga tūrio vienetui:

γ = ρ × g

kur:

• γ — savitasis svoris, N/m³;
• ρ — tankis, kg/m³;
• g — laisvojo kritimo pagreitis, m/s².

Naudojant standartinę reikšmę g = 9,80665 m/s², vandeniui esant 20 °C:

γ ≈ 998,2 × 9,80665 ≈ 9790 N/m³

arba maždaug 9,79 kN/m³.

Kasdienėse lentelėse „vandens savitasis svoris“ kartais netiksliai vartojamas kaip tankio sinonimas ir pateikiamas kg/m³. Fizikiniu požiūriu tai skirtingi dydžiai: kg/m³ yra tankis, o N/m³ – savitasis svoris.

Nuo ko dar priklauso tikrasis vandens tankis?

Temperatūra nėra vienintelis veiksnys. Tikrąją reikšmę taip pat veikia:

• ištirpusios druskos ir kitos medžiagos;
• ištirpusios dujos;
• slėgis;
• cheminė ir izotopinė sudėtis;
• temperatūros ir tūrio matavimo tikslumas.

Todėl gryno vandens reikšmių negalima automatiškai laikyti tiksliomis jūros vandeniui, mineraliniam vandeniui, technologiniam vandeniui ar koncentruotiems druskos tirpalams.

Buitinėms talpoms, bakams, rezervuarams ir apytiksliam apkrovos vertinimui paprastai pakanka laikyti 1 kg vienam litrui. Jei skaičiavimas svarbus kalibravimui, dozavimui, technologiniam procesui ar projektinei apkrovai, reikia naudoti tankį pagal faktinę vandens temperatūrą ir sudėtį.

Kaip kilogramus vandens paversti litrais

Jei masė žinoma, tūris apskaičiuojamas atvirkštine formule:

V = m / ρ

Esant 20 °C, viena tona gryno vandens užima:

V = 1000 / 998,2 ≈ 1,0018 m³

tai yra apie 1001,8 litro.

Netoli 4 °C tas pats skaičiavimas duoda reikšmę labai arti 1000 litrų.

Palyginimas su kitais skysčiais

Vanduo yra patogus atskaitos taškas, nes jo tankis artimas 1000 kg/m³. Daugelis įprastų skysčių yra lengvesni arba sunkesni.

Palyginimui galite pažiūrėti, kiek sveria 1 litras benzino, ir kaip naftos tankis veikia vieno litro masę.