"الجاذبية النوعية" ، في ظاهرها ، مصطلح مضلل إلى حد ما. لا علاقة له بالجاذبية ، والتي من الواضح أنها مفهوم لا غنى عنه في مجموعة من مشاكل وتطبيقات الفيزياء. بدلاً من ذلك ، يتعلق بكمية المادة (الكتلة) لمادة معينة داخل حجم معين ، تتعارض مع معيار ربما المادة الأكثر حيوية وانتشارًا التي عرفتها البشرية - ماء.
في حين أن الجاذبية النوعية لا تستخدم صراحة قيمة جاذبية الأرض (والتي يشار إليها غالبًا باسم القوة ، ولكنها في الواقع تحتوي على وحدات من التسارع في الفيزياء - 9.8 متر في الثانية في الثانية على سطح الكوكب ، على وجه الدقة) ، الجاذبية هي اعتبار غير مباشر لأن الأشياء "الأثقل" لها قيم جاذبية نوعية أعلى من الأشياء "الأخف". ولكن ما الذي تعنيه كلمات مثل "ثقيل" و "خفيف" المعنى الرسمي؟ حسنًا ، هذا هو الغرض من الفيزياء.
الكثافة: التعريف
أولاً ، ترتبط الجاذبية النوعية ارتباطًا وثيقًا بالكثافة ، وغالبًا ما تستخدم المصطلحات بالتبادل. كما هو الحال مع الكثير من المفاهيم في عالم العلوم ، فإن هذا مقبول بشكل عام ، ولكن عند التفكير في التأثير الذي يمكن أن تحدثه التغييرات الصغيرة في المعنى والكميات على العالم المادي ، فهو ليس بالأمر المهمل فرق.
الكثافة هي ببساطة تقسيم الكتلة على الحجم ، نقطة توقف. إذا أعطيت قيمة لكتلة شيء ما وتعرف مقدار المساحة التي يشغلها ، يمكنك حساب كثافته على الفور. (حتى هنا ، يمكن أن تنشأ قضايا مزعجة. يفترض هذا الحساب أن المادة لها تركيبات موحدة في جميع أنحاء كتلتها وحجمها وبالتالي فإن كثافتها موحدة. بخلاف ذلك ، كل ما تحسبه هو متوسط الكثافة ، والذي قد يكون أو لا يكون مناسبًا لمتطلبات المشكلة المطروحة.)
بالطبع ، من المفيد أن يكون لديك رقم منطقي عندما تنتهي من الحساب - وهو رقم شائع الاستخدام. لذا ، إذا كانت لديك كتلة شيء ما بالأوقية والحجم بالميكرولتر ، على سبيل المثال ، فإن تقسيم الكتلة على الحجم للحصول على الكثافة يتركك بوحدات غير ملائمة للغاية من الأوقية لكل ميكرولتر. بدلًا من ذلك ، استهدف إحدى الوحدات الشائعة ، مثل جم / مل ، أو جرام لكل مليلتر (وهو نفس الشيء مثل جم / سم3أو جرام لكل سنتيمتر مكعب). حسب التعريف الأصلي ، 1 مل من الماء النقي له كتلة قريبة جدًا جدًا من 1 جم ، قريبة جدًا بحيث يتم تقريب كثافة الماء دائمًا إلى "بالضبط" 1 للأغراض اليومية ؛ هذا يجعل g / ml وحدة مفيدة بشكل خاص ، وتعمل في جاذبية معينة.
العوامل المؤثرة في الكثافة
نادرًا ما تكون كثافة المواد ثابتة. هذا ينطبق بشكل خاص على السوائل والغازات (أي السوائل) ، والتي تكون أكثر حساسية للتغيرات في درجة الحرارة من المواد الصلبة. تستوعب السوائل والغازات أيضًا إضافة كتلة إضافية دون تغيير في الحجم بطريقة لا تستطيع المواد الصلبة القيام بها.
على سبيل المثال ، يوجد الماء في حالته السائلة بين 0 درجة مئوية و 100 درجة مئوية. عندما ترتفع درجة حرارته من الطرف الأدنى من هذا النطاق إلى النهاية الأعلى ، فإنه يتوسع. أي أن نفس الكمية من الكتلة تستهلك حجمًا أكثر فأكثر مع ارتفاع درجة الحرارة. نتيجة لذلك ، يصبح الماء أقل كثافة مع زيادة درجة الحرارة.
هناك طريقة أخرى تخضع بها السوائل لتغييرات في الكثافة وهي إضافة جزيئات تذوب في السائل تسمى المواد المذابة. على سبيل المثال ، تحتوي المياه العذبة على القليل جدًا من الملح (كلوريد الصوديوم) ، بينما تشتهر مياه البحر باحتوائها على قدر كبير منه. عندما يضاف الملح إلى الماء ، تزداد كتلته بينما لا يزداد حجمه ، لجميع الأغراض العملية. هذا يعني أن مياه البحر أكثر كثافة من المياه العذبة ، وأن مياه البحر ذات الملوحة العالية بشكل خاص (المحتوى الملحي) هي أكثر كثافة من مياه البحر العادية أو مياه البحر مع القليل من الملح نسبيًا ، مثل تلك الموجودة بالقرب من مصب المياه العذبة الرئيسية نهر.
الآثار المترتبة على هذه الاختلافات هي أن المواد الأقل كثافة تمارس قدرًا أقل من الضغط النزولي من المواد الأكثر كثافة ، غالبًا ما تشكل المياه طبقات على أساس الاختلافات في درجة الحرارة أو الملوحة أو بعضها مزيج. على سبيل المثال ، المياه الموجودة بالفعل بالقرب من سطح الماء سوف تسخنها الشمس أكثر من المياه العميقة ، مما يجعل المياه السطحية أقل كثافة وبالتالي تزيد احتمالية بقاءها فوق طبقات المياه أسفل.
الثقل النوعي: التعريف
وحدات الجاذبية النوعية ليس نفس الشيء بالنسبة للكثافة ، وهي الكتلة لكل وحدة حجم. هذا لأن صيغة الجاذبية النوعية مختلفة قليلاً: إنها كثافة المادة قيد الدراسة مقسومة على كثافة الماء. بشكل أكثر رسمية ، معادلة الثقل النوعي هي:
(كتلة المادة حجم المادة) ÷ (كتلة الماء حجم الماء)
إذا تم استخدام نفس الحاوية لقياس كل من حجم الماء وحجم المادة ، فعندئذ هذه يمكن التعامل مع الأحجام على أنها متشابهة ويتم أخذها في الاعتبار من المعادلة أعلاه ، تاركًا صيغة الجاذبية النوعية مثل:
(كتلة المادة ÷ كتلة الماء)
نظرًا لأن الكثافة مقسومة على الكثافة والكتلة مقسومة على الكتلة كلاهما بلا وحدة ، فإن الجاذبية النوعية أيضًا عديمة الوحدة. إنه مجرد رقم.
ستتغير كتلة الماء في وعاء به ماء ثابت مع تغير درجة حرارة الماء ، والتي تكون في معظم الحالات قريبة من درجة حرارة الغرفة التي توجد بها إذا بقيت لفترة من الوقت. تذكر أن كثافة الماء تنخفض مع توسع درجة الحرارة. على وجه التحديد ، تبلغ كثافة الماء عند درجة حرارة 10 درجة مئوية 0.9997 جم / مل ، بينما تبلغ كثافة الماء عند 20 درجة مئوية 0.9982 جم / مل. تبلغ كثافة الماء عند 30 درجة مئوية 0.9956 جم / مل. قد تبدو هذه الاختلافات في أعشار النسبة المئوية تافهة على السطح ، ولكن عندما تريد ذلك تحديد كثافة مادة ما بدقة كبيرة ، فعليك حقًا اللجوء إلى استخدام محدد الجاذبية.
الوحدات والشروط ذات الصلة
حجم محدد ، يُشار إليه بـ الخامس (صغير "v" ، ويجب عدم الخلط بينه وبين السرعة ؛ يجب أن يكون السياق للمساعدة هنا) ، وهو مصطلح ينطبق على الغازات ، وهو حجم الغاز مقسومًا على كتلته ، أو V / m. هذا مجرد مقلوب لكثافة الغاز. الوحدات هنا عادة م3/ كجم بدلاً من مل / جم ، وهذا الأخير هو ما قد تتوقعه نظرًا لوحدة الكثافة الأكثر شيوعًا. لماذا قد يكون هذا؟ حسنًا ، ضع في اعتبارك طبيعة الغازات: فهي منتشرة جدًا ، وتجميع كتلة كبيرة منها ليس بالأمر السهل إلا إذا كان المرء قادرًا على التعامل مع كميات أكبر.
بالإضافة إلى ذلك ، يرتبط مفهوم الطفو بالكثافة. في قسم سابق ، لوحظ أن الأجسام الأكثر كثافة تمارس ضغطًا هبوطيًا أكثر من الأشياء الأقل كثافة. بشكل عام ، يشير هذا إلى أن الجسم الموضوع في الماء سيغرق إذا كانت كثافته أكبر من كثافة الماء ولكنه يطفو إذا كانت كثافته أقل من كثافة الماء. كيف تفسر سلوك مكعبات الثلج بناءً على ما قرأته هنا فقط؟
على أي حال ، فإن قوة الطفو هي قوة مائع على جسم مغمور في ذلك السائل والذي يقاوم قوة الجاذبية التي تجبر الجسم على الغرق. كلما زادت كثافة السائل ، زادت قوة الطفو التي سيؤثر بها على جسم معين ، وهو ما ينعكس في انخفاض احتمالية غرق هذا الجسم.
