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Physics · real student question

式 d = m/V は質量 m、体積 V の物体の密度 d を与える。V について解いた同値な式はどれか:dm = V、m/d = V、d/m = V、m - d = V。

Question

次の式

d=mVd=\frac{m}{V}

は、質量 mm、体積 VV の物体の密度 dd を計算するのに使える。VV について解いた同値な式はどれか。

dm=Vmd=Vdm=Vm−d=Vdm=V\qquad \frac{m}{d}=V\qquad \frac{d}{m}=V\qquad m-d=V

Step-by-step solution

  1. まず目的の変数を分母から出す。 VV が下にあるままでは孤立させられないので、両辺に VV を掛ける(現実の物体は体積をもつので 0 ではない)。

    dV=m.dV=m.

  2. V の係数で割る。 その係数は dd なので

    V=md.V=\frac{m}{d}.

    となる。これは 2 番目の選択肢と一致する。

  3. 代入して確かめる。 もとの式に V=mdV=\tfrac{m}{d} を入れると

    mV=mm/d=m⋅dm=d ✓\frac{m}{V}=\frac{m}{m/d}=m\cdot\frac{d}{m}=d\ \checkmark

    となる。

  4. 具体例で試す。 m=20 gm=20\ \text{g}、V=4 cm3V=4\ \text{cm}^3 の塊は d=5 g/cm3d=5\ \text{g/cm}^3 である。このとき md=205=4\tfrac{m}{d}=\tfrac{20}{5}=4 で正しい体積になる一方、dm=100dm=100 や dm=0.25\tfrac{d}{m}=0.25 はどちらも誤りである。

  5. 単位で紛らわしい選択肢を排除する。 mm の単位はグラム、dd の単位は g/cm3\text{g}/\text{cm}^3 なので、md\tfrac{m}{d} の単位は g÷g/cm3=cm3\text{g}\div\text{g}/\text{cm}^3=\text{cm}^3、すなわち求められている体積になる。対照的に dmdm は g2/cm3\text{g}^2/\text{cm}^3 という単位をもち、m−dm-d は異なる単位どうしを引いていて意味をなさない。単位を確認するだけで答えが特定できる。

Answer

V=mdV=\frac{m}{d}

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