Sådan bestemmes specifik tyngdekraft

At vide nøjagtigt, hvilken mængde af et givet stof der er til stede som en del af vurderingen af ​​stoffets fysiske og kemiske egenskaber, er central for videnskaben. Mængder betyder noget - meget! Du tænker sandsynligvis, "Okay, lad os gå forbi de åbenlyse ting" på dette tidspunkt, men overvej spørgsmålet om, hvad "beløb" betyder. Hvis nogen spurgte dighvor meget af jer er der, hvad ville du fortælle hende?

De fleste af os vil sandsynligvis fortolke dette spørgsmål som "Hvor meget vejer du?" eller muligvis "Hvor høj er du?" Der er dog mange lige så sandsynlige svar. For eksempel, hvor meget volumen (f.eks. I liter) optager din krop? Hvor mange individuelle atomer eller celler indeholder den?

Masse er en måde at holde styr på "ting" i universet, og det refererer til, hvor meget stof der er til stede; dette er uafhængigt af volumen, som simpelthen beskriver mængder af tredimensionelt rum. Forholdet mellem disse to størrelser, kaldet densitet, er naturligvis af interesse, som en nær fætter kaldes

På et tidspunkt løber man simpelthen tør for ord for at beskrive et koncept, og sådan er det også med materien. En måde at tænke på stof på er, at det er alt, hvad tyngdekraften virker på, og at du teoretisk kunne have enhver form for stof med dine hænder, hvis dine hænder var små nok, og se det med dine egne øjne, hvis du havde overnaturligt kraftfuld vision.

Materie består af en eller flereelementer, hvoraf 92 forekommer i naturen. Elementer kan ikke opdeles yderligere i andre dele og bevarer stadig deres egenskaber; den mindste komplette enhed af et element er enatom. Et stort stykke stof kan bestå af billioner atomer af et enkelt element, såsom et pund rent guld. Oftere kombinerer forskellige elementer for at danne forbindelser, såsom brint (H) og ilt (O), der kombineres for at danne vand (H₂O).

Masse og vægt er ens, men forskellige måleenheder. Masse beskriver simpelthen mængden af ​​stof, der er til stede uanset eksterne faktorer, og SI (International System eller metrisk) masseenhed er kilogram (kg). I fysikproblemer, der involverer specifik tyngdekraft, anvendes gram (g), som er 1 / 1.000 af et kilogram.

Vægten af ​​et objekt afhænger af tyngdekraften, som dens masse udsættes for, og har kraftenheder, som i SI-systemet er newtonen (N). På jorden ændres denne værdi ikke mærkbart, så masse og vægt bruges ofte om hverandre. Men på månen, hvis tyngdekraften er mindre stærk, ville din masse være den samme, men din vægt (massemgange tyngdekrafteng) ville være forholdsmæssigt svagere.

Volumen refererer til en mængde tredimensionelt rum. Det er kuben af ​​længde, og SI-enheden er liter (L). En liter er repræsenteret af en terning 10 centimeter eller cm (0,1 meter eller m) på en side. Du er sandsynligvis fortrolig med dette volumenvalg generelt på grund af antallet af 1-liters drikkeflasker, der er lavet.

I sig selv er "volumen" bare et matematisk defineret rum, der måske venter på at blive optaget af stof, måske ikke venter. Når materie optager dette rum, vil de resulterende effekter imidlertid være forskellige, når forskellige mængder stof placeres i den samme mængde plads. Du ved det intuitivt; når du bærer rundt i en kasse med jordnødder og luft, er dit job lettere end det var, da den samme kasse indeholdt en forsendelse med lærebøger øjeblikke tidligere.

Forholdet mellem masse og volumen, ellers kendt som "delingsmassen efter volumen", kaldes densitet. Men vandets unikke forhold til alt det, der hidtil er nævnt, er endnu ikke beskrevet.

Tæthed har ikke sin egen enhed inden for fysik, og det kræver den ikke virkelig, i betragtning af at den er afledt af en grundlæggende fysisk størrelse (masse) og en let afledt af en anden (volumen har kubiserede enheder på længde). Det er normalt repræsenteret af det græske bogstav rho eller ρ:

Du kan se, at densitet har enheder kg / l i SI-systemet, men i fysiske problemer anvendes enheden g / ml ofte. (Da sidstnævnte repræsenterer den førstnævnte med både masse og volumen divideret med 1.000, er kg / l og g / ml faktisk ækvivalente.)

Du finder ud af, at de fleste levende ting og mange almindelige stoffer, der deltager i biokemiske reaktioner, har densiteter svarende til vandets; dette følger af det faktum, at de fleste levende ting stort set eller primært består af H₂O.

Denne udforskning har hamret væk på det faktum, at vand er overalt for ikke at fjerne frygt for tørke, men fordi fysikere og kemikere er kommet op med en nem måde at redegøre for små ændringer i densiteten af detsammetype stof: Specifik tyngdekraft, et dimensionsløst tal, der bare er forholdet mellem væskens densitet og vandets - med et twist.

Per definition har 1 ml uforfalsket vand en masse på 1 g. En liter blev oprindeligt valgt til at være den mængde vand, der havde en masse på nøjagtigt 1 kg. Problemet med dette er, at som mere moderne forskere lærte, vandets specifikke tyngdekraft faktisk varierer med temperaturen, selv i små hverdagsområder (mere om dette senere). Men mens tætheden af ​​vand næsten altid er afrundet til "nøjagtigt" 1 til hverdagsformål, er dette faktisk ikke en konstant.

• Bemærk, at ordet "tyngdekraft" kan være forvirrende, da tyngdekraften i fysik har enheder af acceleration og er uafhængig af denne diskussion.

Før du dykker helt ned i den specifikke tyngdekraft, er en demonstration af densitetens betydning og elegance i orden - Archimedes 'princip. Simpelthen siger dette, at den opadvirkende (opdrift) kraft, der udøves på et legeme nedsænket i en væske (normalt vand) er lig med vægten af ​​den væske, der forskydes af kroppen:F_B= w​_f.

Dette forklarer, hvorfor skibe for det meste er hule. Materialerne, der bruges til at fremstille dem, er tættere end vand, hvilket betyder, at hvis disse materialer blev komprimeret, ville "skibet" fortrænge sit eget volumen i vand og have tilstrækkelig vægt til at få det til at synke. Men hvis skibets volumen øges ved at anbringe et hul skrog i bunden, falder den samlede tæthed, og skibet forbliver flydende.

Enheden bruges oftest til at bestemme en væskes egenvægt, når dens værdi er ukendt kaldes ahydrometer. Disse kommer i en række former, men den grundlæggende konstruktion er et rør vægtet i bunden, så det vil synke til et bestemt punkt i testvæsken, som hviler i en gradueret cylinder for at måle bind.

Fra at kende væskevolumenet fortrænges det vægtede rør og vægten af ​​den nedsænkede del sammen med rumtemperaturen til bestemme den sande tæthed af vand under disse betingelser, densiteten og densiteten af ​​væsken kan bestemmes ud fra Archimedes ' princip.

Et blik på grafen i ressourcerne afslører, at vandets specifikke tyngdekraft forbliver meget tæt på 1.000 i området fra 0 til 10 grader Celsius, men den falder derefter med en mere eller mindre konstant hastighed til ca. 0,960, når temperaturen nærmer sig vandets kogepunkt på 100 C. Når stoffer som medicin ofte måles og fremstilles i mikrogram, er det vigtigt at være i stand til i praksis at redegøre for sådanne tilsyneladende trivielle forskelle.