Jak určit specifickou hmotnost

Věda přesně věděla, jaké množství dané látky je přítomno při hodnocení fyzikálních a chemických vlastností dané látky. Na množství záleží - hodně! Pravděpodobně si v tuto chvíli myslíte: „Dobře, pojďme projít kolem zřejmých věcí“, ale zvažte otázku, co „částka“ znamená. Pokud se vás někdo zeptalkolik je vás tam, co bys jí řekl?

Většina z nás by tuto otázku pravděpodobně interpretovala jako „Kolik vážíte?“ nebo možná „Jak vysoký jsi?“ Existuje však spousta stejně věrohodných odpovědí. Například kolik objemu (řekněme v litrech) zabírá vaše tělo? Kolik jednotlivých atomů nebo buněk obsahuje?

Hmotnost je jedním ze způsobů, jak sledovat „věci“ ve vesmíru, a odkazuje na to, kolik hmoty je přítomno; toto je nezávislé na objemu, který jednoduše popisuje množství trojrozměrného prostoru. Poměr těchto dvou veličin, nazývaný hustota, je přirozeně zajímavý, stejně jako blízký bratranec, nazývanýspecifická gravitace. Měření specifické gravitace je součástí sady nástrojů fyziky hlavně kvůli univerzální povaze vody, jak se brzy dozvíte.

V určitém okamžiku jeden jednoduše vyčerpá slova k popisu konceptu, a tak je to i s hmotou. Jedním ze způsobů, jak uvažovat o hmotě, je, že jde o něco, na co gravitace působí, a teoreticky byste mohli zadržet jakýkoli druh hmoty s rukama, pokud byly vaše ruce dostatečně malé, a uvidíte to na vlastní oči, pokud jste měli nadpřirozeně mocný vidění.

Hmota se skládá z jednoho nebo víceelementy, z nichž 92 se vyskytuje v přírodě. Prvky nelze dále rozložit na jiné části a přesto si zachovat své vlastnosti; nejmenší úplná jednotka prvku jeatom. Velká část hmoty může sestávat z bilionů atomů jediného prvku, jako je libra čistého zlata. Častěji se různé prvky spojují za vzniku sloučenin, jako je vodík (H) a kyslík (O), které se spojují za vzniku vody (H₂Ó).

Hmotnost a hmotnost jsou podobné, ale odlišné měrné jednotky. Hmotnost jednoduše popisuje množství přítomné hmoty bez ohledu na vnější faktory a jednotkou hmotnosti SI (mezinárodní systém nebo metrika) je kilogram (kg). Ve fyzických problémech se specifickou hmotností se používá gram (g), což je 1/1 000 kilogramu.

Hmotnost objektu závisí na gravitaci, které je jeho hmota vystavena, a má jednotky síly, kterými je v soustavě SI newton (N). Na Zemi se tato hodnota nezmění znatelně, takže hmotnost a hmotnost se často používají zaměnitelně. Ale na Měsíci, kdyby gravitace byla méně silná, byla by vaše hmotnost stejná, ale vaše váha (hmotnostmkrát gravitaceG) by byl úměrně slabší.

Objem se vztahuje k množství trojrozměrného prostoru. Jedná se o krychli délky a jednotkou SI je litr (L). Jeden litr představuje kostka 10 centimetrů nebo cm (0,1 metru nebo m) na straně. Pravděpodobně jste obeznámeni s tímto výběrem objemu obecně kvůli počtu vyrobených 1L nápojových lahví.

„Objem“ je sám o sobě jen matematicky definovaný prostor, který možná čeká na obsazení hmotou, možná ne čekající. Když hmota zabírá tento prostor, budou výsledné efekty odlišné, když se do stejného prostoru umístí různá množství hmoty. Vy to víte intuitivně; když nosíte krabici s arašídy a vzduchem, je vaše práce jednodušší, než kdyby byla ve stejné krabici před několika okamžiky zásilka učebnic.

Poměr mezi hmotou a objemem, jinak známý jako „dělicí hmota objemem“, se nazývá hustota. Ale jedinečný vztah vody ke všemu, co bylo doposud zmíněno, musí být ještě popsán.

Hustota nemá ve fyzice vlastní jednotku, opravdu ji nevyžaduje, vzhledem k tomu, že je z ní odvozena jedna základní fyzikální veličina (hmotnost) a jedna snadno odvozitelná od druhé (objem má krychlové jednotky délka). Obvykle je reprezentován řeckým písmenem rho nebo ρ:

Vidíte, že hustota má v systému SI jednotky kg / L, ale ve fyzických problémech se často používá jednotka g / ml. (Vzhledem k tomu, že druhý představuje první s hmotností a objemem děleným 1 000, kg / la ag / ml jsou ve skutečnosti ekvivalentní.)

Zjistíte, že většina živých věcí a mnoho běžných látek, které se účastní biochemických reakcí, mají hustotu podobnou hustotě vody; to vyplývá ze skutečnosti, že většina živých věcí se skládá převážně nebo primárně z H₂Ó.

Tento průzkum se odrazil od skutečnosti, že voda není všude, aby rozptýlila obavy ze sucha, ale protože fyzici a chemici přišli s jednoduchým způsobem, jak vysvětlit malé změny v hustotě thestejnýtyp hmoty: Specifická hmotnost, bezrozměrné číslo, které je pouze poměrem hustoty této tekutiny k hustotě vody - s kroucením.

Podle definice má 1 ml nefalšované vody hmotnost 1 g. Původně bylo vybráno litr jako množství vody, které mělo hmotnost přesně 1 kg. Problém spočívá v tom, že jak se více moderních vědců dozvědělo, měrná hmotnost vody se ve skutečnosti mění s teplotou i v malých každodenních rozmezích (o tom později). Ale zatímco hustota vody je pro každodenní účely téměř vždy jednoduše zaokrouhlena na „přesně“ 1, ve skutečnosti to není konstanta.

• Všimněte si, že slovo „gravitace“ může být matoucí, protože gravitace ve fyzice má jednotky zrychlení a je nezávislé na této diskusi.

Než se plně ponoříme do specifické gravitace, je v pořádku demonstrace důležitosti a elegance hustoty - Archimédův princip. Jednoduše to říká, že vzhůru působící (vztlaková) síla vyvíjená na tělo ponořené do tekutiny (obvykle vody) se rovná hmotnosti tekutiny vytlačené tělem:F_B= w​_F.

To vysvětluje, proč jsou lodě většinou duté. Materiály použité k jejich výrobě jsou hustší než voda, což znamená, že pokud by tyto materiály byly stlačeny, „loď“ by vytlačila svůj vlastní objem ve vodě a měla dostatečnou hmotnost, aby se mohla potopit. Pokud se však objem lodi zvýší položením dutého trupu na jeho základnu, celková hustota se sníží a loď zůstane na hladině.

Zařízení nejčastěji používá ke stanovení měrné hmotnosti tekutiny, když není známa její hodnota, se nazývá ahustoměr. Přicházejí v mnoha formách, ale základním konstruktem je trubka vážená ve spodní části tak, aby ji klesne do určitého bodu testovací kapaliny, která spočívá v odměrném válci k měření objem.

Ze znalosti objemu kapaliny se vytěsňuje vážená trubice a hmotnost ponořené části spolu s teplotou místnosti, aby určit skutečnou hustotu vody za těchto podmínek, lze hustotu a měrnou hmotnost kapaliny určit z Archimeda zásada.

Pohled na graf ve zdrojích odhaluje, že měrná hmotnost vody zůstává velmi blízká 1 000 v rozsahu 0 až 10 stupňů Celsia, ale poté klesá víceméně konstantní rychlostí na přibližně 0,960, jak se teplota blíží bodu varu vody 100 ° C Pokud se látky, jako jsou léky, často měří a připravují v mikrogramech, je zásadní být schopen v praxi vysvětlit takové zdánlivě malicherné rozdíly.