Sådan løses for specifik tyngdekraft

"Specifik tyngdekraft" er på sit ansigt et noget vildledende udtryk. Det har ikke meget at gøre med tyngdekraften, hvilket naturligvis er et uundværligt koncept i en række fysiske problemer og anvendelser. I stedet vedrører det mængden af ​​stof (masse) af et bestemt stof inden for et givet volumen, modsat standarden for måske det mest vitale og allestedsnærværende stof kendt for menneskeheden - vand.

Mens specifik tyngdekraft ikke eksplicit bruger værdien af ​​jordens tyngdekraft (som ofte kaldes en kraft, men faktisk har enheder af acceleration i fysik - 9,8 meter pr. sekund pr. sekund på overfladen af ​​planeten, for at være nøjagtig), tyngdekraft er en indirekte overvejelse, fordi ting, der er "tungere", har højere specifikke tyngdekraftsværdier end ting, der er "lettere". Men hvad betyder ord som "tung" og "let" endda i den formelle sans? Nå, det er hvad fysik er til.

For det første er den specifikke tyngdekraft meget tæt knyttet til densitet, og udtrykkene bruges ofte om hverandre. Som med mange begreber i videnskabens verden er dette generelt acceptabelt, men når man overvejer effekt, som små ændringer i betydning og mængder kan have på den fysiske verden, er det ikke ubetydeligt forskel.

Densitet er simpelthen masse divideret med volumen, punktum. Hvis du får en værdi for massen af ​​noget, og du ved, hvor meget plads det tager, kan du straks beregne dens densitet. (Selv her kan næselige problemer opstå. Denne beregning forudsætter, at materialet har ensartede sammensætninger i hele dets masse og volumen, og at dets tæthed derfor er ensartet. Ellers er alt, hvad du beregner, en gennemsnitlig tæthed, hvilket måske eller måske ikke er okay for kravene til det aktuelle problem.)

Selvfølgelig hjælper det med at have et tal, der giver mening, når du er færdig med din beregning - et, der ofte bruges. Så hvis du har massen af ​​noget i ounce og volumenet i mikroliter, siger du ved at dividere masse efter volumen for at få tæthed efterlader dig med meget akavede enheder ounce pr. Mikroliter. Sigt i stedet for en af ​​de fælles enheder, som g / ml eller gram pr. Milliliter (hvilket er den samme som g / cm³eller gram pr. kubikcentimeter). Efter oprindelig definition har 1 ml rent vand en masse meget, meget tæt på 1 g, så tæt, at tætheden af ​​vand næsten altid er afrundet til "nøjagtigt" 1 til hverdagsformål; dette gør g / ml til en særlig praktisk enhed, og det spiller ind i specifik tyngdekraft.

Tætheden af ​​stoffer er sjældent konstant. Dette gælder især væsker og gasser (dvs. væsker), som er mere følsomme over for temperaturændringer end faste stoffer. Væsker og gasser rummer også tilføjelsen af ​​ekstra masse uden volumenændring på en måde, som faste stoffer ikke kan.

For eksempel findes vand i flydende tilstand mellem 0 grader Celsius og 100 C. Når det opvarmes fra den nedre ende af dette interval til den højere ende, udvides det. Det vil sige, at den samme mængde masse forbruger mere og mere volumen med stigende temperatur. Som et resultat bliver vand mindre tæt med stigende temperatur.

En anden måde, hvorpå væsker gennemgår tæthedsændringer, er tilsætningen af ​​partikler, der opløses i væsken, kaldet opløste stoffer. For eksempel indeholder ferskvand meget lidt salt (natriumchlorid), mens havvand berømt indeholder meget af det. Når salt tilsættes vand, øges dets masse, mens dets volumen til alle praktiske formål ikke gør det. Dette betyder, at havvand er tættere end ferskvand, og at havvand med særlig høj saltholdighed (saltindhold) er tættere end typisk havvand eller havvand med relativt lidt salt, såsom det nær mundingen af ​​et større ferskvand flod.

Implikationen af ​​disse forskelle er, at fordi mindre tætte materialer udøver en lavere mængde nedadgående tryk end mere tætte materialer danner vand ofte lag på baggrund af forskelle i temperatur, saltholdighed eller noget kombination. For eksempel vil vand, der allerede er nær vandoverfladen, blive opvarmet af solen mere end dybere vand, hvilket gør overfladevand mindre tæt og derfor endnu mere sandsynligt at holde oven på vandlagene under.

Specifik tyngdekraftenheder er ikke det samme som for densitet, som er masse pr. volumenhed. Dette skyldes, at den specifikke tyngdekraftsformel er lidt anderledes: Det er densiteten af ​​det undersøgte materiale divideret med vandtætheden. Mere formelt er den specifikke tyngdekraftsligning:

(masse af materiale ÷ volumen af ​​materiale) ÷ (masse af vand ÷ volumen af ​​vand)

Hvis den samme beholder bruges til at måle både vandets volumen og stoffets volumen, så er disse volumener kan behandles som de samme og indregnes ud fra ovenstående ligning, hvilket efterlader formlen for specifik tyngdekraft som:

(masse af materiale ÷ masse af vand)

Fordi tæthed divideret med tæthed og masse divideret med masse begge er enhedsløse, er den specifikke tyngdekraft også enhedsløs. Det er simpelthen et tal.

Massen af ​​vand i en beholder med fast vand vil ændre sig med vandets temperatur, som i de fleste tilfælde er tæt på temperaturen i det rum, det er i, hvis det sidder et stykke tid. Husk, at tætheden af ​​vand falder med temperaturen, når vand udvides. Specifikt har vand ved en temperatur på 10 ° C en densitet på 0,9997 g / ml, mens vand ved 20 ° C har en densitet på 0,9982 g / ml. Vand ved 30 ° C har en densitet på 0,9956 g / ml. Disse forskelle på tiendedele procent kan virke trivielle på overfladen, men når du vil for at bestemme densitet af et stof med stor præcision, er du virkelig nødt til at ty til at bruge specifikke tyngdekraft.

Specifik volumen betegnet med v (lille "v", og ikke at forveksle med hastighed; sammenhæng skal være til hjælp her), er et udtryk anvendt på gasser, og det er gasens volumen divideret med dets masse eller V / m. Dette er kun den gensidige gassens densitet. Enhederne her er normalt m³/ kg snarere end ml / g, hvor sidstnævnte er, hvad du kunne forvente i betragtning af den mest almindelige enhed af densitet. Hvorfor kan det være? Nå, overvej gassenes art: De er meget diffuse, og det er ikke let at samle en betydelig masse af det, medmindre man er i stand til at håndtere i større mængder.

Desuden er begrebet opdrift relateret til tæthed. I et foregående afsnit blev det bemærket, at mere tætte objekter udøver mere nedadgående tryk end mindre tætte objekter. Mere generelt indebærer dette, at en genstand, der placeres i vand, vil synke, hvis dens densitet er større end vandets, men flyder, hvis dens densitet er mindre end vandets. Hvordan vil du forklare opførelsen af ​​isterninger, kun baseret på det, du har læst her?

Under alle omstændigheder er opdriftskraft kraften af ​​en væske på en genstand nedsænket i den væske, der modvirker tyngdekraften, der tvinger genstanden til at synke. Jo tættere en væske er, jo større er den flydende kraft, den udøver på en given genstand, hvilket afspejles i objektets lavere sandsynlighed for at synke.