Wie man nach spezifischem Gewicht auflöst

"Spezifische Schwerkraft" ist auf den ersten Blick ein etwas irreführender Begriff. Es hat wenig mit der Schwerkraft zu tun, die offensichtlich ein unverzichtbares Konzept in einer Reihe von physikalischen Problemen und Anwendungen ist. Stattdessen bezieht es sich auf die Stoffmenge (Masse) eines bestimmten Stoffes innerhalb eines bestimmten Volumens, gegen den Standard der vielleicht lebenswichtigsten und allgegenwärtigsten Substanz, die der Menschheit bekannt ist – Wasser.

Während das spezifische Gewicht nicht explizit den Wert der Erdanziehung verwendet (der oft als Kraft bezeichnet wird, aber tatsächlich Einheiten von. hat) Beschleunigung in der Physik – 9,8 Meter pro Sekunde pro Sekunde an der Oberfläche des Planeten, um genau zu sein), ist die Schwerkraft eine indirekte Überlegung, weil Dinge, die "schwerer" sind, haben höhere spezifische Gewichte als Dinge, die "leichter" sind. Aber was bedeuten Wörter wie "schwer" und "leicht" überhaupt in der formale Sinn? Nun, dafür ist Physik da.

Erstens hängt das spezifische Gewicht sehr eng mit der Dichte zusammen, und die Begriffe werden oft synonym verwendet. Wie bei vielen Konzepten in der Welt der Wissenschaft ist dies im Allgemeinen akzeptabel, aber unter Berücksichtigung der Auswirkungen, die kleine Bedeutungs- und Mengenänderungen auf die physikalische Welt haben können, ist nicht zu vernachlässigen Unterschied.

Dichte ist einfach Masse geteilt durch Volumen, Punkt. Wenn Sie einen Wert für die Masse von etwas bekommen und wissen, wie viel Platz es einnimmt, können Sie sofort seine Dichte berechnen. (Auch hier kann es zu nervigen Problemen kommen. Bei dieser Berechnung wird davon ausgegangen, dass das Material über seine Masse und sein Volumen hinweg einheitliche Zusammensetzungen und damit eine einheitliche Dichte aufweist. Andernfalls berechnen Sie nur eine durchschnittliche Dichte, die für die Anforderungen des vorliegenden Problems in Ordnung sein kann oder nicht.)

Natürlich hilft es, eine Zahl zu haben, die Sinn macht, wenn Sie mit Ihrer Berechnung fertig sind – eine Zahl, die häufig verwendet wird. Wenn Sie also beispielsweise die Masse von etwas in Unzen und das Volumen in Mikrolitern haben, lässt Sie die Masse durch das Volumen dividieren, um die Dichte zu erhalten, sehr unangenehme Einheiten von Unzen pro Mikroliter. Zielen Sie stattdessen auf eine der gebräuchlichen Einheiten wie g/ml oder Gramm pro Milliliter (was dasselbe wie g/cm² ist).³oder Gramm pro Kubikzentimeter). Nach ursprünglicher Definition hat 1 ml reines Wasser eine Masse von sehr, sehr nahe an 1 g, so nahe, dass die Dichte von Wasser für alltägliche Zwecke fast immer einfach auf "genau" 1 gerundet wird; das macht g/ml zu einer besonders handlichen einheit, die beim spezifischen gewicht zum Tragen kommt.

Die Dichte von Stoffen ist selten konstant. Dies gilt insbesondere für Flüssigkeiten und Gase (dh Flüssigkeiten), die empfindlicher auf Temperaturänderungen reagieren als Feststoffe. Flüssigkeiten und Gase nehmen auch die Zugabe von zusätzlicher Masse ohne Volumenänderung in einer Weise auf, die Feststoffe nicht können.

Wasser liegt beispielsweise in flüssigem Zustand zwischen 0 Grad Celsius und 100 Grad Celsius vor. Wenn es sich vom unteren Ende dieses Bereichs zum höheren Ende erwärmt, dehnt es sich aus. Das heißt, die gleiche Masse verbraucht mit steigender Temperatur immer mehr Volumen. Dadurch wird das Wasser mit steigender Temperatur weniger dicht.

Eine andere Art und Weise, wie Flüssigkeiten Dichteänderungen erfahren, ist die Zugabe von Partikeln, die sich in der Flüssigkeit auflösen, die als gelöste Stoffe bezeichnet werden. Süßwasser enthält beispielsweise sehr wenig Salz (Natriumchlorid), während Meerwasser bekanntermaßen viel davon enthält. Wenn dem Wasser Salz zugesetzt wird, nimmt seine Masse zu, während sein Volumen für alle praktischen Zwecke nicht zunimmt. Dies bedeutet, dass Meerwasser dichter ist als Süßwasser und Meerwasser mit besonders hohem Salzgehalt (Salzgehalt) ist dichter als typisches Meerwasser oder Meerwasser mit relativ wenig Salz, wie das in der Nähe der Mündung eines großen Süßwassers Fluss.

Die Folge dieser Unterschiede ist, dass, da weniger dichte Materialien einen geringeren Abwärtsdruck ausüben als dichtere Materialien bildet Wasser oft Schichten aufgrund von Temperaturunterschieden, Salzgehalt oder anderen or Kombination. Zum Beispiel wird Wasser, das sich bereits in der Nähe der Wasseroberfläche befindet, von der Sonne stärker erwärmt als tieferes Wasser. Dadurch wird das Oberflächenwasser weniger dicht und bleibt daher noch wahrscheinlicher auf den Wasserschichten unter.

Spezifische Gewichtseinheiten sind nicht das gleiche wie für die Dichte, die Masse pro Volumeneinheit ist. Dies liegt daran, dass die Formel für das spezifische Gewicht etwas anders ist: Es ist die Dichte des untersuchten Materials geteilt durch die Dichte von Wasser. Formaler lautet die Gleichung für das spezifische Gewicht:

(Materialmasse ÷ Materialvolumen) ÷ (Wassermasse ÷ Wasservolumen)

Wird mit dem gleichen Behälter sowohl das Volumen des Wassers als auch das Volumen des Stoffes gemessen, dann Volumina können gleich behandelt und aus der obigen Gleichung herausgerechnet werden, wobei die Formel für das spezifische Gewicht übrig bleibt wie:

(Materialmasse ÷ Wassermasse)

Da sowohl Dichte dividiert durch Dichte als auch Masse dividiert durch Masse einheitenlos sind, ist das spezifische Gewicht ebenfalls einheitenlos. Es ist einfach eine Zahl.

Die Wassermasse in einem Behälter mit festem Wasser ändert sich mit der Temperatur des Wassers, die in den meisten Fällen nahe der Temperatur des Raumes liegt, in dem es sich für eine Weile befindet. Denken Sie daran, dass die Dichte von Wasser mit der Temperatur sinkt, wenn sich Wasser ausdehnt. Insbesondere hat Wasser bei einer Temperatur von 10 °C eine Dichte von 0,9997 g/ml, während Wasser bei 20 °C eine Dichte von 0,9982 g/ml hat. Wasser bei 30 °C hat eine Dichte von 0,9956 g/ml. Diese Unterschiede von Zehntelprozent mögen auf den ersten Blick trivial erscheinen, aber wenn Sie wollen die Dichte eines Stoffes mit großer Genauigkeit zu bestimmen, muss man wirklich auf spezifische zurückgreifen Schwere.

Spezifisches Volumen, gekennzeichnet mit v (kleines "v" und nicht zu verwechseln mit Geschwindigkeit; Kontext sollte hier hilfreich sein), ist ein Begriff für Gase und ist das Volumen des Gases geteilt durch seine Masse oder V/m. Dies ist lediglich der Kehrwert der Dichte des Gases. Die Einheiten hier sind normalerweise m³/kg statt ml/g, wobei letzteres die gebräuchlichste Dichteeinheit ist. Warum könnte das sein? Nun, bedenken Sie die Natur von Gasen: Sie sind sehr diffus, und es ist nicht einfach, eine beträchtliche Menge davon zu sammeln, es sei denn, man kann mit größeren Volumina umgehen.

Darüber hinaus hängt das Konzept des Auftriebs mit der Dichte zusammen. In einem vorherigen Abschnitt wurde festgestellt, dass Objekte mit höherer Dichte mehr Druck nach unten ausüben als Objekte mit geringerer Dichte. Im Allgemeinen bedeutet dies, dass ein im Wasser befindlicher Gegenstand sinkt, wenn seine Dichte größer als die von Wasser ist, aber schwimmt, wenn seine Dichte geringer als die von Wasser ist. Wie würden Sie das Verhalten von Eiswürfeln erklären, nur basierend auf dem, was Sie hier gelesen haben?

In jedem Fall ist die Auftriebskraft die Kraft einer Flüssigkeit auf ein in diese Flüssigkeit eingetauchtes Objekt, die der Schwerkraft entgegenwirkt, die das Objekt zum Sinken zwingt. Je dichter eine Flüssigkeit ist, desto größer ist die Auftriebskraft, die sie auf ein bestimmtes Objekt ausübt, was sich in der geringeren Wahrscheinlichkeit des Absinkens dieses Objekts widerspiegelt.