Τρόπος επίλυσης για ειδικό βάρος

Η «ειδική βαρύτητα» είναι, στο πρόσωπό της, ένας κάπως παραπλανητικός όρος. Δεν έχει καμία σχέση με τη βαρύτητα, η οποία είναι προφανώς μια απαραίτητη ιδέα σε μια σειρά προβλημάτων και εφαρμογών φυσικής. Αντ 'αυτού, σχετίζεται με την ποσότητα ύλης (μάζας) μιας συγκεκριμένης ουσίας εντός ενός δεδομένου όγκου, αντίθετα με τα πρότυπα της πιο ζωτικής και πανταχού παρούσης ουσίας που είναι γνωστή στην ανθρωπότητα - νερό.

Ενώ η συγκεκριμένη βαρύτητα δεν χρησιμοποιεί ρητά την τιμή της βαρύτητας της Γης (η οποία συχνά αναφέρεται ως δύναμη, αλλά στην πραγματικότητα έχει μονάδες επιτάχυνση στη φυσική - 9,8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο στην επιφάνεια του πλανήτη, για να είμαστε ακριβείς), η βαρύτητα είναι μια έμμεση σκέψη επειδή πράγματα που είναι "βαρύτερα" έχουν υψηλότερες τιμές ειδικής βαρύτητας από ό, τι "ελαφρύτερα". Αλλά τι σημαίνουν οι λέξεις "βαριά" και "ελαφριά" η τυπική αίσθηση; Λοιπόν, για αυτό είναι η φυσική.

Πρώτον, το ειδικό βάρος σχετίζεται πολύ στενά με την πυκνότητα και οι όροι χρησιμοποιούνται συχνά εναλλακτικά. Όπως με πολλές έννοιες στον κόσμο της επιστήμης, αυτό είναι γενικά αποδεκτό, αλλά όταν εξετάζουμε το επίδραση που μπορούν να έχουν οι μικρές αλλαγές στο νόημα και οι ποσότητες στον φυσικό κόσμο, δεν είναι αμελητέο διαφορά.

Η πυκνότητα διαιρείται απλά μάζα με όγκο, τελεία. Εάν σας δοθεί μια τιμή για τη μάζα ενός αντικειμένου και γνωρίζετε πόσος χώρος καταλαμβάνει, μπορείτε να υπολογίσετε αμέσως την πυκνότητά του. (Ακόμα και εδώ, μπορεί να προκύψουν ζητήματα nettlesome. Αυτός ο υπολογισμός προϋποθέτει ότι το υλικό έχει ομοιόμορφες συνθέσεις σε όλη τη μάζα και τον όγκο του και ότι η πυκνότητά του είναι συνεπώς ομοιόμορφη. Διαφορετικά, το μόνο που υπολογίζετε είναι μια μέση πυκνότητα, η οποία μπορεί ή όχι να είναι εντάξει για τις απαιτήσεις του συγκεκριμένου προβλήματος.)

Φυσικά, βοηθά να έχουμε έναν αριθμό που να έχει νόημα όταν ολοκληρώνετε τον υπολογισμό σας - έναν που χρησιμοποιείται συνήθως. Έτσι, εάν έχετε τη μάζα κάτι σε ουγγιές και τον όγκο σε μικρολίτρα, ας πούμε, διαιρώντας τη μάζα με τον όγκο για να πάρετε την πυκνότητα σας αφήνει με πολύ περίεργες μονάδες ουγγιές ανά μικρολίτρα. Αντ 'αυτού, στοχεύστε σε μία από τις κοινές μονάδες, όπως g / ml, ή γραμμάρια ανά χιλιοστόλιτρο (που είναι το ίδιο με g / cm³ή γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό). Από τον αρχικό ορισμό, 1 ml καθαρού νερού έχει μάζα πολύ, πολύ κοντά στο 1 g, τόσο κοντά που η πυκνότητα του νερού στρογγυλοποιείται σχεδόν πάντα απλά στο "ακριβώς" 1 για καθημερινούς σκοπούς. Αυτό καθιστά g / ml μια ιδιαίτερα εύχρηστη μονάδα και μπαίνει στο παιχνίδι σε ειδικό βάρος.

Η πυκνότητα των ουσιών είναι σπάνια σταθερή. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για υγρά και αέρια (δηλαδή υγρά), τα οποία είναι πιο ευαίσθητα στις μεταβολές της θερμοκρασίας από τα στερεά. Τα υγρά και τα αέρια διευκολύνουν επίσης την προσθήκη επιπλέον μάζας χωρίς αλλαγή όγκου με τρόπο που τα στερεά δεν μπορούν.

Για παράδειγμα, το νερό υπάρχει στην υγρή του κατάσταση μεταξύ 0 βαθμούς Κελσίου και 100 C. Καθώς θερμαίνεται από το κάτω άκρο αυτού του εύρους στο υψηλότερο άκρο, επεκτείνεται. Δηλαδή, η ίδια ποσότητα μάζας καταναλώνει όλο και περισσότερο όγκο με την αύξηση της θερμοκρασίας. Ως αποτέλεσμα, το νερό γίνεται λιγότερο πυκνό με την αύξηση της θερμοκρασίας.

Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο τα υγρά υφίστανται αλλαγές πυκνότητας είναι η προσθήκη σωματιδίων που διαλύονται στο υγρό, που ονομάζονται διαλυτές ουσίες. Για παράδειγμα, το γλυκό νερό περιέχει πολύ λίγο αλάτι (χλωριούχο νάτριο), ενώ το θαλασσινό νερό είναι γνωστό ότι περιέχει πολύ. Όταν προστίθεται αλάτι στο νερό, η μάζα του αυξάνεται ενώ ο όγκος του, για όλους τους πρακτικούς σκοπούς, δεν αυξάνεται. Αυτό σημαίνει ότι το θαλασσινό νερό είναι πιο πυκνό από το γλυκό νερό και ότι το θαλασσινό νερό με ιδιαίτερα υψηλή αλατότητα (περιεκτικότητα σε αλάτι) είναι πιο πυκνό από το τυπικό θαλασσινό ή θαλασσινό νερό με σχετικά λίγο αλάτι, όπως εκείνο κοντά στο στόμα ενός μεγάλου γλυκού νερού ποτάμι.

Η συνέπεια αυτών των διαφορών είναι ότι, επειδή τα λιγότερο πυκνά υλικά ασκούν χαμηλότερη πίεση προς τα κάτω από τα πιο πυκνά υλικά, το νερό συχνά σχηματίζει στρώματα με βάση τις διαφορές στη θερμοκρασία, την αλατότητα ή κάποια συνδυασμός. Για παράδειγμα, το νερό που βρίσκεται ήδη κοντά στην επιφάνεια του νερού θα θερμαίνεται από τον ήλιο περισσότερο από το βαθύτερο νερό, καθιστώντας το επιφανειακό νερό λιγότερο πυκνό και ως εκ τούτου ακόμη πιο πιθανό να διατηρηθεί πάνω από τα στρώματα του νερού κάτω από.

Ειδικές μονάδες βαρύτητας είναι δεν το ίδιο με την πυκνότητα, η οποία είναι μάζα ανά μονάδα όγκου. Αυτό συμβαίνει επειδή ο ειδικός τύπος βαρύτητας είναι ελαφρώς διαφορετικός: Είναι η πυκνότητα του υπό μελέτη υλικού διαιρούμενο με την πυκνότητα του νερού. Πιο τυπικά, η εξίσωση συγκεκριμένης βαρύτητας είναι:

(μάζα υλικού ÷ όγκος υλικού) ÷ (μάζα νερού ÷ όγκος νερού)

Εάν χρησιμοποιείται το ίδιο δοχείο για τη μέτρηση τόσο του όγκου του νερού όσο και του όγκου της ουσίας, τότε αυτά Οι όγκοι μπορούν να αντιμετωπιστούν ως ίδιοι και να ληφθούν υπόψη από την παραπάνω εξίσωση, αφήνοντας τον τύπο για συγκεκριμένο βάρος όπως και:

(μάζα υλικού ÷ μάζα νερού)

Επειδή η πυκνότητα διαιρούμενη με την πυκνότητα και η μάζα διαιρούμενη με τη μάζα είναι και τα δύο χωρίς μονάδα, το ειδικό βάρος είναι επίσης χωρίς μονάδα. Είναι απλά ένας αριθμός.

Η μάζα του νερού σε ένα δοχείο σταθερού νερού θα αλλάξει με τη θερμοκρασία του νερού, η οποία στις περισσότερες περιπτώσεις είναι κοντά στη θερμοκρασία του δωματίου στο οποίο βρίσκεται αν κάθεται για κάποιο χρονικό διάστημα. Θυμηθείτε ότι η πυκνότητα του νερού μειώνεται με τη θερμοκρασία καθώς το νερό επεκτείνεται. Συγκεκριμένα, το νερό σε θερμοκρασία 10 C έχει πυκνότητα 0,9997 g / ml, ενώ το νερό στους 20 C έχει πυκνότητα 0,9982 g / ml. Το νερό στους 30 C έχει πυκνότητα 0,9956 g / ml. Αυτές οι διαφορές των δέκατων τοις εκατό μπορεί να φαίνονται ασήμαντες στην επιφάνεια, αλλά όταν το θέλετε προσδιορίστε την πυκνότητα μιας ουσίας με μεγάλη ακρίβεια, πρέπει πραγματικά να καταφύγετε στη χρήση συγκεκριμένων βαρύτητα.

Ειδικός όγκος, με την ένδειξη β (μικρό "v" και να μην συγχέεται με την ταχύτητα. το πλαίσιο πρέπει να είναι χρήσιμο εδώ), είναι ένας όρος που εφαρμόζεται στα αέρια και είναι ο όγκος του αερίου διαιρούμενος με τη μάζα του, ή V / m. Αυτό είναι απλώς το αντίστροφο της πυκνότητας του αερίου. Οι μονάδες εδώ είναι συνήθως m³/ kg αντί ml / g, το τελευταίο είναι αυτό που θα περίμενε κανείς δεδομένης της πιο κοινής μονάδας πυκνότητας. Γιατί να γίνει αυτό; Λοιπόν, σκεφτείτε τη φύση των αερίων: Είναι πολύ διάχυτα, και η συλλογή σημαντικής μάζας δεν είναι εύκολη, εκτός αν κάποιος μπορεί να ασχοληθεί με μεγαλύτερους όγκους.

Επιπλέον, η έννοια της πλευστότητας σχετίζεται με την πυκνότητα. Σε μια προηγούμενη ενότητα, σημειώθηκε ότι τα πιο πυκνά αντικείμενα ασκούν μεγαλύτερη πίεση προς τα κάτω από ό, τι τα λιγότερο πυκνά αντικείμενα. Γενικότερα, αυτό σημαίνει ότι ένα αντικείμενο που τοποθετείται στο νερό θα βυθιστεί εάν η πυκνότητά του είναι μεγαλύτερη από εκείνη του νερού, αλλά επιπλέει εάν η πυκνότητά του είναι μικρότερη από εκείνη του νερού. Πώς θα εξηγούσατε τη συμπεριφορά των παγάκια, βάσει μόνο όσων έχετε διαβάσει εδώ;

Σε κάθε περίπτωση, η πλευστή δύναμη είναι η δύναμη ενός ρευστού σε ένα αντικείμενο που βυθίζεται σε αυτό το ρευστό που μετρά τη δύναμη της βαρύτητας αναγκάζοντας το αντικείμενο να βυθιστεί. Όσο πιο πυκνό είναι ένα υγρό, τόσο μεγαλύτερη είναι η πλευστή δύναμη που θα ασκήσει σε ένα δεδομένο αντικείμενο, που αντικατοπτρίζεται στη χαμηλότερη πιθανότητα βύθισης αυτού του αντικειμένου.