"Специфично тегло" на пръв поглед е малко подвеждащ термин. Няма много общо с гравитацията, което очевидно е задължително понятие в редица физически проблеми и приложения. Вместо това се отнася до количеството вещество (маса) на конкретно вещество в рамките на даден обем, поставени срещу стандарта на може би най-важното и повсеместно вещество, познато на човечеството - вода.
Докато специфичното тегло не използва изрично стойността на земното тегло (което често се нарича сила, но всъщност има единици от ускорение във физиката - 9,8 метра в секунда в секунда на повърхността на планетата, за да бъдем точни), гравитацията е косвено съображение, защото нещата, които са „по-тежки“, имат по-високи стойности на специфично тегло от нещата, които са „по-леки“. Но какво всъщност означават думи като „тежък“ и „лек“ формалният смисъл? Е, за това е физиката.
Плътност: Определение
Първо, специфичното тегло е много тясно свързано с плътността и термините често се използват взаимозаменяемо. Както при много концепции в света на науката, това обикновено е приемливо, но при разглеждане на ефект, който малките промени в значението и количествата могат да имат върху физическия свят, това не е пренебрежимо разлика.
Плътността е просто маса, разделена на обем, точка. Ако ви е дадена стойност за масата на нещо и знаете колко място заема, можете веднага да изчислите плътността му. (Дори тук могат да възникнат проблеми с коприва. Това изчисление предполага, че материалът има еднородни състави по цялата си маса и обем и поради това плътността му е еднаква. В противен случай всичко, което изчислявате, е средна плътност, която може или не може да се оправи за изискванията на разглеждания проблем.)
Разбира се, помага да имате номер, който има смисъл, когато приключите с изчисленията си - такъв, който често се използва. Така че, ако имате масата на нещо в унции и обема в микролитри, да речем, разделяйки масата на обем, за да получите плътност, ви остават много неудобни единици унции на микролитри. Вместо това се насочете към една от общите единици, като g / ml или грамове на милилитър (което е същото като g / cm3, или грамове на кубичен сантиметър). По първоначално определение 1 ml чиста вода има маса много, много близка до 1 g, толкова близка, че плътността на водата почти винаги е просто закръглена до "точно" 1 за ежедневни цели; това прави g / ml особено удобна единица и влиза в действие при специфично тегло.
Фактори, влияещи върху плътността
Плътността на веществата рядко е постоянна. Това важи особено за течностите и газовете (т.е. течностите), които са по-чувствителни към промени в температурата, отколкото твърдите вещества. Течностите и газовете също приспособяват добавянето на допълнителна маса без промяна в обема по начин, по който твърдите вещества не могат.
Например, водата съществува в течно състояние между 0 градуса по Целзий и 100 C. Тъй като се затопля от долния край на този диапазон до горния край, той се разширява. Тоест същото количество маса консумира все повече и повече обем с повишаване на температурата. В резултат на това водата става по-малко плътна с повишаване на температурата.
Друг начин, по който течностите претърпяват промени в плътността, е добавянето на частици, които се разтварят в течността, наречени разтворени вещества. Например, прясната вода съдържа много малко сол (натриев хлорид), докато морската вода съдържа голяма част от нея. Когато към водата се добави сол, нейната маса се увеличава, докато обемът й, за всички практически цели, не. Това означава, че морската вода е по-плътна от прясната вода и че морската вода с особено висока соленост (съдържание на сол) е такава по-плътна от типичната морска вода или морска вода с относително малко сол, като тази близо до устието на голяма сладка вода река.
Значението на тези разлики е, че тъй като по-малко плътните материали оказват по-ниско налягане надолу отколкото по-плътните материали, водата често образува слоеве въз основа на разликите в температурата, солеността или някои комбинация. Например водата, която вече е близо до повърхността на водата, ще се нагрява от слънцето повече, отколкото по-дълбоката вода, което прави тази повърхностна вода по-малко плътна и следователно дори по-вероятно да се задържи върху слоевете вода отдолу.
Специфично тегло: Определение
Единиците за специфично тегло са не същото като за плътността, която е маса на единица обем. Това е така, защото формулата за специфично тегло е малко по-различна: Това е плътността на изследвания материал, разделена на плътността на водата. По-формално уравнението за специфично тегло е:
(маса на материала ÷ обем на материала) ÷ (маса на водата ÷ обем на водата)
Ако един и същ съд се използва за измерване както на обема на водата, така и на обема на веществото, тогава те обемите могат да се третират като еднакви и да се извадят от горното уравнение, оставяйки формулата за специфично тегло като:
(маса на материала ÷ маса на водата)
Тъй като плътността, разделена на плътност и маса, разделена на маса, са и без единици, специфичното тегло също е без единица. Това е просто число.
Масата на водата в съд с неподвижна вода ще се променя в зависимост от температурата на водата, която в повечето случаи е близка до температурата на помещението, в което се намира, ако седи за известно време. Спомнете си, че плътността на водата пада с температурата с разширяването на водата. По-конкретно, водата при температура 10 ° С има плътност 0,9997 g / ml, докато водата при 20 ° С има плътност 0,9982 g / ml. Водата при 30 C има плътност 0,9956 g / ml. Тези разлики от десети от процента може да изглеждат тривиални на повърхността, но когато пожелаете за да определите плътността на дадено вещество с голяма точност, наистина трябва да прибегнете до използването на специфични земно притегляне.
Свързани единици и условия
Специфичен обем, обозначен с v (малко „v“ и да не се бърка със скоростта; контекстът трябва да е от полза тук), е термин, приложен към газовете и е обемът на газа, разделен на неговата маса или V / m. Това е просто реципрочната стойност на плътността на газа. Единиците тук обикновено са m3/ kg, а не ml / g, като последното е това, което можете да очаквате, като се има предвид най-често срещаната единица за плътност. Защо може да е това? Е, помислете за природата на газовете: Те са много дифузни и събирането на значителна маса от тях не е лесно, освен ако човек не е в състояние да се справи в по-големи обеми.
Освен това понятието плаваемост е свързано с плътността. В предишен раздел беше отбелязано, че по-плътните предмети упражняват по-голям натиск надолу, отколкото по-плътните предмети. По-общо, това означава, че обект, поставен във вода, ще потъне, ако плътността му е по-голяма от тази на водата, но ще плава, ако плътността му е по-малка от тази на водата. Как бихте обяснили поведението на кубчета лед, само въз основа на прочетеното тук?
Във всеки случай, плаваща сила е силата на течността върху обект, потопен в тази течност, която противодейства на силата на гравитацията, принуждаваща обекта да потъне. Колкото по-плътна е течността, толкова по-голяма е плаващата сила, която тя ще упражни върху даден обект, отразена в по-ниската вероятност на този обект да потъне.