"Gravedad específica" es, a primera vista, un término algo engañoso. Tiene poco que ver con la gravedad, que obviamente es un concepto indispensable en una variedad de problemas y aplicaciones de la física. En cambio, se relaciona con la cantidad de materia (masa) de una sustancia específica dentro de un volumen dado, frente al estándar de quizás la sustancia más vital y ubicua conocida por la humanidad - agua.
Si bien la gravedad específica no utiliza explícitamente el valor de la gravedad de la Tierra (que a menudo se denomina fuerza, pero de hecho tiene unidades de aceleración en física (9,8 metros por segundo por segundo en la superficie del planeta, para ser exactos), la gravedad es una consideración indirecta porque las cosas que son "más pesadas" tienen valores de gravedad específica más altos que las que son "más ligeras". Pero, ¿qué significan palabras como "pesado" y "ligero" en el sentido formal? Bueno, para eso está la física.
Densidad: Definición
Primero, la gravedad específica está muy relacionada con la densidad, y los términos se usan indistintamente. Como ocurre con muchos conceptos en el mundo de la ciencia, esto es generalmente aceptable, pero cuando se considera la efecto que los pequeños cambios en el significado y las cantidades pueden tener en el mundo físico, no es un insignificante diferencia.
La densidad es simplemente masa dividida por volumen, punto. Si se le da un valor para la masa de algo y sabe cuánto espacio ocupa, puede calcular inmediatamente su densidad. (Incluso aquí, pueden surgir problemas molestos. Este cálculo asume que el material tiene composiciones uniformes en toda su masa y volumen y que, por lo tanto, su densidad es uniforme. De lo contrario, todo lo que está calculando es una densidad promedio, que puede o no estar bien para los requisitos del problema en cuestión).
Por supuesto, es útil tener un número que tenga sentido cuando haya terminado con su cálculo, uno que se use comúnmente. Entonces, si tienes la masa de algo en onzas y el volumen en microlitros, digamos, dividir masa por volumen para obtener densidad te deja con unidades muy incómodas de onzas por microlitro. En su lugar, apunte a una de las unidades comunes, como g / ml, o gramos por mililitro (que es lo mismo que g / cm3, o gramos por centímetro cúbico). Por definición original, 1 ml de agua pura tiene una masa muy, muy cercana a 1 g, tan cercana que la densidad del agua casi siempre se redondea simplemente a "exactamente" 1 para propósitos cotidianos; esto hace que g / ml sea una unidad particularmente útil y entra en juego en peso específico.
Factores que afectan la densidad
La densidad de las sustancias rara vez es constante. Esto es especialmente cierto en el caso de líquidos y gases (es decir, fluidos), que son más sensibles a los cambios de temperatura que los sólidos. Los líquidos y gases también se adaptan a la adición de masa extra sin cambios en el volumen de una manera que los sólidos no pueden.
Por ejemplo, el agua existe en estado líquido entre 0 grados Celsius y 100 C. A medida que se calienta desde el extremo inferior de este rango al extremo superior, se expande. Es decir, la misma cantidad de masa consume cada vez más volumen con el aumento de temperatura. Como resultado, el agua se vuelve menos densa al aumentar la temperatura.
Otra forma en que los líquidos experimentan cambios de densidad es la adición de partículas que se disuelven en el líquido, llamadas solutos. Por ejemplo, el agua dulce contiene muy poca sal (cloruro de sodio), mientras que el agua de mar es famosa por contener una gran cantidad. Cuando se agrega sal al agua, su masa aumenta, mientras que su volumen, para todos los propósitos prácticos, no lo hace. Esto significa que el agua de mar es más densa que el agua dulce, y que el agua de mar con una salinidad especialmente alta (contenido de sal) es más denso que el agua de mar típica o el agua de mar con relativamente poca sal, como la que se encuentra cerca de la desembocadura de un agua dulce importante río.
La implicación de estas diferencias es que, debido a que los materiales menos densos ejercen una menor cantidad de presión hacia abajo que los materiales más densos, el agua a menudo forma capas sobre la base de las diferencias de temperatura, salinidad o algunos combinación. Por ejemplo, el sol calentará más el agua que ya está cerca de la superficie del agua que el agua más profunda. hacer que el agua de la superficie sea menos densa y, por lo tanto, es más probable que se mantenga encima de las capas de agua bajo.
Gravedad específica: definición
Las unidades de gravedad específica son no lo mismo que para la densidad, que es masa por unidad de volumen. Esto se debe a que la fórmula de la gravedad específica es ligeramente diferente: es la densidad del material en estudio dividida por la densidad del agua. Más formalmente, la ecuación de gravedad específica es:
(masa de material ÷ volumen de material) ÷ (masa de agua ÷ volumen de agua)
Si se usa el mismo recipiente para medir tanto el volumen del agua como el volumen de la sustancia, entonces estos los volúmenes se pueden tratar como iguales y factorizar fuera de la ecuación anterior, dejando la fórmula para la gravedad específica como:
(masa de material ÷ masa de agua)
Debido a que la densidad dividida por la densidad y la masa dividida por la masa no tienen unidades, la gravedad específica tampoco tiene unidades. Es simplemente un número.
La masa de agua en un recipiente de agua fija cambiará con la temperatura del agua, que en la mayoría de los casos está cerca de la temperatura de la habitación en la que se encuentra si permanece un tiempo. Recuerde que la densidad del agua disminuye con la temperatura a medida que el agua se expande. En concreto, el agua a una temperatura de 10 C tiene una densidad de 0,9997 g / ml, mientras que el agua a 20 C tiene una densidad de 0,9982 g / ml. El agua a 30 C tiene una densidad de 0,9956 g / ml. Estas diferencias de décimas de porcentaje pueden parecer triviales en la superficie, pero cuando se quiere determinar la densidad de una sustancia con gran precisión, realmente hay que recurrir al uso de gravedad.
Unidades y términos relacionados
Volumen específico, denotado por v ("v" pequeña, que no debe confundirse con la velocidad; El contexto debería ser de ayuda aquí), es un término que se aplica a los gases, y es el volumen del gas dividido por su masa, o V / m. Esto es simplemente el recíproco de la densidad del gas. Las unidades aquí suelen ser m3/ kg en lugar de ml / g, siendo este último lo que cabría esperar dada la unidad de densidad más común. ¿Por qué podría ser esto? Bueno, considere la naturaleza de los gases: son muy difusos, y recolectar una masa significativa no es fácil a menos que uno sea capaz de trabajar con volúmenes más grandes.
Además, el concepto de flotabilidad está relacionado con la densidad. En una sección anterior, se señaló que los objetos más densos ejercen más presión hacia abajo que los objetos menos densos. De manera más general, esto implica que un objeto colocado en el agua se hundirá si su densidad es mayor que la del agua, pero flotará si su densidad es menor que la del agua. ¿Cómo explicaría el comportamiento de los cubitos de hielo basándose únicamente en lo que ha leído aquí?
En cualquier caso, la fuerza de flotación es la fuerza de un fluido sobre un objeto sumergido en ese fluido que contrarresta la fuerza de gravedad que obliga al objeto a hundirse. Cuanto más denso sea un fluido, mayor será la fuerza de flotación que ejercerá sobre un objeto determinado, lo que se refleja en la menor probabilidad de que ese objeto se hunda.