Cómo determinar la gravedad específica

Saber exactamente qué cantidad de una sustancia dada está presente como parte de la evaluación de las propiedades físicas y químicas de esa sustancia es fundamental para la ciencia. Las cantidades importan, ¡mucho! Probablemente esté pensando, "Está bien, dejemos de lado las cosas obvias" en este punto, pero considere la cuestión de qué significa "cantidad". Si alguien te preguntaracuanto de ti hay, ¿Qué le dirías?

La mayoría de nosotros probablemente interpretaría esta pregunta como "¿Cuánto pesas?" o posiblemente "¿Cuánto mides?" Sin embargo, hay muchas respuestas igualmente plausibles. Por ejemplo, ¿cuánto volumen (digamos, en litros) ocupa su cuerpo? ¿Cuántos átomos o células individuales contiene?

La masa es una forma de realizar un seguimiento de las "cosas" en el universo y se refiere a la cantidad de materia presente; esto es independiente del volumen, que simplemente describe cantidades de espacio tridimensional. La relación de estas dos cantidades, llamada densidad, es naturalmente de interés, al igual que un primo cercano, denominado

En algún momento, uno simplemente se queda sin palabras para describir un concepto, y así ocurre con la materia. Una forma de pensar en la materia es que es cualquier cosa sobre la que actúa la gravedad, y teóricamente podrías contener cualquier tipo de materia. con tus manos si tus manos fueran lo suficientemente pequeñas, y míralo con tus propios ojos si tuvieras un poder sobrenatural visión.

La materia consta de uno o máselementos, de los cuales 92 ocurren en la naturaleza. Los elementos no se pueden dividir en otras partes y aún conservan sus propiedades; la unidad completa más pequeña de un elemento es unátomo. Un gran trozo de materia puede constar de billones de átomos de un solo elemento, como una libra de oro puro. Con mayor frecuencia, diferentes elementos se combinan para formar compuestos, como el hidrógeno (H) y el oxígeno (O) que se combinan para formar agua (H₂O).

La masa y el peso son unidades de medida similares pero distintas. Masa simplemente describe la cantidad de materia presente independientemente de los factores externos, y la unidad de masa SI (Sistema Internacional o métrica) es el kilogramo (kg). En problemas de física que involucran gravedad específica, se usa el gramo (g), que es 1 / 1,000 de un kilogramo.

El peso de un objeto depende de la gravedad a la que está sujeta su masa y tiene unidades de fuerza, que en el sistema SI es el newton (N). En la Tierra, este valor no cambia de manera perceptible, por lo que la masa y el peso a menudo se usan indistintamente. Pero en la luna, si la gravedad fuera menos fuerte, tu masa sería la misma pero tu peso (masametroveces la gravedadgramo) sería proporcionalmente más débil.

El volumen se refiere a una cantidad de espacio tridimensional. Es el cubo de longitud y la unidad SI es el litro (L). Un litro está representado por un cubo de 10 centímetros o cm (0,1 metros om) de lado. Es probable que esté familiarizado con esta selección de volumen en general debido a la cantidad de botellas de bebida de 1 l que se fabrican.

Por sí mismo, el "volumen" es simplemente un espacio definido matemáticamente, quizás esperando ser ocupado por la materia, quizás no esperando. Sin embargo, cuando la materia ocupa ese espacio, los efectos resultantes serán diferentes cuando se coloquen diferentes cantidades de materia en esa misma cantidad de espacio. Sabes esto intuitivamente; cuando lleva consigo una caja de embalaje de maní y aire, su trabajo es más fácil de lo que era cuando la misma caja contenía un envío de libros de texto momentos antes.

La relación entre masa y volumen, también conocida como "división de masa por volumen", se llama densidad. Pero la relación única del agua con todo lo mencionado hasta ahora aún no se ha descrito.

La densidad no tiene su propia unidad en física, ni realmente la requiere, dado que se deriva de una cantidad física fundamental (masa) y una derivada fácilmente de otra (el volumen tiene unidades cúbicas de largo). Normalmente está representado por la letra griega rho, o ρ:

Puede ver que la densidad tiene unidades de kg / L en el sistema SI, pero en problemas de física, a menudo se emplea la unidad g / mL. (Dado que el último representa al primero con la masa y el volumen divididos por 1,000, kg / L y g / mL son en realidad equivalentes).

Descubrirá que la mayoría de los seres vivos y muchas sustancias comunes que participan en reacciones bioquímicas tienen densidades similares a las del agua; Esto se sigue del hecho de que la mayoría de los seres vivos consisten en gran parte o principalmente en H₂O.

Esta exploración ha machacado el hecho de que el agua está en todas partes no para disipar los temores de una sequía, sino porque los físicos y químicos han ideado una manera fácil de explicar los pequeños cambios en la densidad de lamismotipo de materia: gravedad específica, un número adimensional que es solo la relación entre la densidad de ese fluido y la del agua, con un giro.

Por definición, 1 ml de agua no adulterada tiene una masa de 1 g. Originalmente, se eligió un litro para ser la cantidad de agua que tenía una masa de exactamente 1 kg. El problema con esto es que, como aprendieron los investigadores más modernos, la gravedad específica del agua en realidad varía con la temperatura incluso en rangos pequeños y cotidianos (más sobre esto más adelante). Pero mientras que la densidad del agua casi siempre se redondea simplemente a "exactamente" 1 para propósitos cotidianos, esto no es realmente una constante.

• Tenga en cuenta que la palabra "gravedad" puede resultar confusa, ya que la gravedad en física tiene unidades de aceleración y es independiente de esta discusión.

Antes de sumergirse completamente en la gravedad específica, es necesario hacer una demostración de la importancia y la elegancia de la densidad: el principio de Arquímedes. Simplemente, esto establece que la fuerza de acción ascendente (flotante) ejercida sobre un cuerpo sumergido en un líquido (generalmente agua) es igual al peso del líquido desplazado por el cuerpo:F_B= w​_F.

Esto explica por qué los barcos son en su mayoría huecos. Los materiales utilizados para fabricarlos son más densos que el agua, lo que significa que si estos materiales fueran comprimidos, el "barco" desplazaría su propio volumen en el agua y tendría el peso suficiente para hundirlo. Pero si se aumenta el volumen del barco colocando un casco hueco en su base, la densidad general disminuye y el barco permanece a flote.

El dispositivo que se usa con más frecuencia para determinar la gravedad específica de un fluido cuando se desconoce su valor se llamahidrómetro. Estos vienen en varias formas, pero la construcción básica es un tubo ponderado en la parte inferior para que se hundirá hasta cierto punto en el fluido de prueba, que descansa en un cilindro graduado para medir volumen.

Conociendo el volumen de fluido que desplaza el tubo ponderado y el peso de la porción sumergida, junto con la temperatura de la habitación para determinar la densidad real del agua en estas condiciones, la densidad y la gravedad específica del fluido se pueden determinar a partir de la principio.

Un vistazo al gráfico de Recursos revela que la gravedad específica del agua permanece muy cerca de 1.000 en el rango de 0 a 10. grados Celsius, pero luego disminuye a una tasa más o menos constante a aproximadamente 0.960 a medida que la temperatura se acerca al punto de ebullición del agua de 100 C. Cuando sustancias como los medicamentos a menudo se miden y preparan en microgramos, es vital poder tener en cuenta en la práctica esas diferencias aparentemente triviales.