Lad som om du er en udlænding, der lige er landet her fra en fjern planet og opdagede jordboere, der diskuterede et koncept kaldet specifik tyngdekraft. Hvis du havde adgang til en typisk Earth-ordbog (og hvis du rejste mange billioner miles for at komme hertil, tog du sandsynligvis tid til at gennemgå de lokale sprog og skikke) og kiggede op på hvert af disse ord uafhængigt, ville det være rimeligt af dig at antage, at det havde noget at gøre med en bestemt slags træk fra en massiv genstand.
I stedet ville du hurtigt lære, at udtrykket har meget mere at gøre med den velkendte mængde, der kaldes massefylde end det gør med tyngdekraften, selvom der er en ikke-triviel forbindelse. Årsagen til, at udtrykket overhovedet findes i fysik, er på grund af det enorme udvalg af anvendelser af den ene flydende ressource, der både er rigere og mere vital end nogen anden Jord: vand.
Masse og volumen defineret
Masse (forkortet m i fysiske ligninger) er en grundlæggende størrelse i fysik, der angiver eksistensen af stof. En måde at overveje sagen på er, at den besidder inerti; en anden er, at tyngdekraften fremskynder masser, men ikke masseløse fotoner eller "pakker" af lys (det gør en lille smule, men det er kun virkelig mærkbart i nærheden af sorte huller, hvor relativistiske effekter er vigtig). SI (metrisk) enhed er
Bind (V) repræsenterer en mængde lukket tredimensionelt rum i regelmæssig eller uregelmæssig form. Det er baseret på den grundlæggende længdeenhed, meter (m). Da der kræves tre dimensioner, er den tilsvarende standard volumenhed meter i kubik (m3).
Masse vs. Vægt
Du har lige lært, at tyngdekraften påvirker masserne. Når dette sker, skaber det en kraft, som på Jorden kaldes vægt. Værdien af tyngdeacceleration g ved jordens overflade er 9,8 m / s2, så en masse på 10 kg ville have en vægt på 10 kg × 9,8 m / s2 = 98 kg m / s2. Denne enhed kaldes a Newton (N).
Når du vejer et objekt, returnerer det et tal i pund eller kg, hvilket repræsentere vægt enheder. I virkeligheden måler skalaen vægten af det viste antal kg på jorden men fortæller dig resultatet som en masse. Det vil sige, at masse-vægt-sondringen er medtaget i konstruktionen af hverdagens jordvægte.
Tæthed og specifik tyngdekraft
Massefylde (betegnet med ρ, det græske bogstav rho) er simpelthen massedelt volumen med tilsvarende enheder. I symboler:
ρ = \ frac {m} {V}
Vigtigere er, at masseenheden oprindeligt blev valgt til at svare til, hvor meget af den, der var i besiddelse af et volumen på 1 liter vand (1.000 ml eller ækvivalent). Bemærk, at 1 L kun er 1/1000 af en m3, så sidstnævnte enhed, mens den er "standard", bruges ikke ofte i laboratorieeksperimenter. Således 1 kg vand = "nøjagtigt" 1 L volumen.
Problemet med dette er, at tætheden af vandet svinger lidt i området temperaturer mellem frysning og kogning, så denne værdi er faktisk ikke konstant og er kun meget tæt på 1.000.
Tæthed til konvertering af specifik tyngdekraft
Specifik tyngdekraft (SG) er meget enklere end du og dine fremmede venner forventede: Det er bare forholdet mellem tætheden af et givet objekt og tætheden af vand ved en bestemt temperatur. Den specifikke tyngdekraft har ingen enheder. Dens anvendelighed ligger i, at tætheden af nogle genstande ændrer sig med temperaturen på en anden måde end vandets, så brug af SG giver mulighed for en lille korrektionsfaktor.
Eksempel: Sig, at du har en prøve af jern, der har en anført tæthed på 7.850 kg / m3. Hvad er jernets egenvægt i et miljø, hvor ρvand = 997 kg / m3?
For at løse deler du bare 7.850 kg / m3 med 997 kg / m3 at få:
\ begin {align} SG & = \ frac {7850 \ text {kg / m} ^ 3} {997 \ text {kg / m} ^ 3} \\ & = 7873 \ end {align}
Omvendt, hvis du har brug for en beregning af vægtfylde til densitet, kan du bare gange den specifikke tyngdekraft med tætheden af vand ved den relevante temperatur. Så hvis du nogensinde bliver bedt om at beregne tæthed ud fra den specifikke tyngdekraft, var din intergalaktiske rejse det værd!