Kuidas määrata erikaal

Teaduse jaoks on kesksel kohal selle aine füüsikaliste ja keemiliste omaduste hindamise osa teadmine, kui palju antud ainet täpselt esineb. Kogused loevad - palju! Ilmselt mõtlete praegu: "Olgu, liigume ilmsest asjast mööda", kuid kaaluge küsimust, mida "summa" tähendab. Kui keegi teilt küsikskui palju teid seal on, mida sa talle ütleksid?

Enamik meist tõlgendaks seda küsimust tõenäoliselt järgmiselt: "Kui palju te kaalute?" või võib-olla "Kui pikk sa oled?" Võrdselt usutavaid vastuseid on aga palju. Näiteks kui palju mahtu (näiteks liitrites) teie keha võtab? Mitu üksikut aatomit või rakku see sisaldab?

Mass on üks viis universumi "kraami" jälgimiseks ja see viitab sellele, kui palju ainet on olemas; see ei sõltu helitugevusest, mis kirjeldab lihtsalt kolmemõõtmelise ruumi koguseid. Nende kahe koguse suhe, mida nimetatakse tiheduseks, pakub loomulikult huvi, nagu ka lähedane nõbu, mida nimetatakseerikaal. Spetsiifilise raskuse mõõtmine on füüsika tööriistakastis peamiselt vee universaalse olemuse arvestamiseks, nagu varsti teada saate.

Mingil hetkel jääb mõiste kirjeldamiseks lihtsalt sõnadest puudu ja nii on see ka ainega. Üks viis mõelda mateeriast on see, et see on ükskõik, millele gravitatsioon mõjub, ja teoreetiliselt võiksite hoida mistahes ainet oma kätega, kui käed olid piisavalt pisikesed, ja vaadake seda oma silmaga, kui teil oleks olnud üleloomulikult võimas nägemus.

Mateeria koosneb ühest või mitmestelemendid, millest 92 esineb looduses. Elemente ei saa edasi jagada teisteks osadeks ja need säilitavad siiski oma omadused; elemendi väikseim tervikühik onaatom. Suur tükike ainet võib koosneda triljonidest ühe elemendi aatomitest, näiteks naelast puhtast kullast. Sagedamini ühendavad erinevad elemendid ühendeid, näiteks vesinik (H) ja hapnik (O), moodustades vee (H₂O).

Mass ja kaal on sarnased, kuid erinevad mõõtühikud. Mass kirjeldab lihtsalt esinevat aine hulka sõltumata välistest teguritest ja SI (rahvusvaheline süsteem või meetermõõdustik) massiühik on kilogramm (kg). Spetsiifilise raskusega füüsikalistes probleemides kasutatakse grammi (g), mis on 1/1000 kilogrammi.

Eseme kaal sõltub raskusest, millele tema mass allub, ja sellel on jõuühikud, mis SI süsteemis on njuuton (N). Maal see väärtus märgatavalt ei muutu, mistõttu massi ja kaalu kasutatakse sageli üksteisega asendatult. Kuul, kui raskusjõud on vähem tugev, oleks teie mass sama, kuid teie kaal (massmkorda raskusjõudg) oleks proportsionaalselt nõrgem.

Helitugevus viitab kolmemõõtmelise ruumi suurusele. See on pikkuse kuup ja SI ühik on liitrit (L). Ühte liitrit tähistab kuubik 10 sentimeetrit või cm (0,1 meetrit või m) küljel. Selle mahuvalikuga olete tõenäoliselt tuttav tehtud 1-liitriste joogipudelite arvu tõttu.

Iseenesest on "maht" lihtsalt matemaatiliselt määratletud ruum, mis võib-olla ootab aine hõivamist, võib-olla mitte ootamist. Kui aine ruumi selles ruumis hõivab, on sellest tulenevad mõjud erinevad, kui samasse ruumi paigutatakse erinevad kogused ainet. Teate seda intuitiivselt; kui kannate kaasas karpi maapähkleid ja õhku, on teie töö lihtsam kui siis, kui samasse kasti mahtus mõni hetk varem õpikute saadetist.

Massi ja mahu suhet, mida nimetatakse ka "massi jagunemiseks mahu järgi", nimetatakse tiheduseks. Kuid vee ainulaadset suhet kõige seni mainitud juurde tuleb veel kirjeldada.

Tihedusel pole füüsikas oma ühikut, kas see ka tegelikult ei vaja, arvestades, et see on tuletatud üks füüsikaline põhikogus (mass) ja üks teisest kergesti tuletatav (mahu kuupühikud) pikkus). Tavaliselt tähistab seda kreeka täht rho või ρ:

Võite näha, et tihedusel on SI süsteemis kg / l ühikud, kuid füüsika probleemide korral kasutatakse sageli ühikut g / ml. (Kuna viimane tähistab esimest nii massi kui mahu jagatuna 1000-ga, on kg / l ja g / ml tegelikult samaväärsed.)

Leiate, et enamikul elusolenditel ja paljudel biokeemilistes reaktsioonides osalevatel ainetel on vee tihedus sarnane; see tuleneb asjaolust, et enamik elusolendeid koosneb suuresti või peamiselt H-st₂O.

See uurimine on tõmmanud asjaolu, et vesi on kõikjal mitte selleks, et peletada põua hirme, vaid sest füüsikud ja keemikud on välja mõelnud lihtsa viisi, kuidas arvestada väikeste muutustega tihedusessamaaine tüüp: erikaal, mõõtmeteta arv, mis on lihtsalt selle vedeliku tiheduse ja vee suhe - väändega.

Definitsiooni järgi on 1 ml lisanditeta vee mass 1 g. Algselt valiti liiter veekoguseks, mille mass oli täpselt 1 kg. Selle probleem on selles, et nagu kaasaegsemad teadlased õppisid, varieerub vee erikaal temperatuuri järgi isegi väikestes igapäevastes vahemikes (sellest hiljem). Kuid kuigi veetihedus on igapäevaste eesmärkide jaoks peaaegu alati ümardatud "täpselt" 1-ni, pole see tegelikult konstant.

• Pange tähele, et sõna "gravitatsioon" võib tekitada segadust, kuna gravitatsioonil on füüsikas kiirendusühikuid ja see on sellest arutelust sõltumatu.

Enne täielikku erikaalule sukeldumist on tiheduse tähtsuse ja elegantsi tõendamine vajalik - Archimedese põhimõte. Lihtsalt selles öeldakse, et vedelikku (tavaliselt vette) sukeldatud kehale avaldatav ülespoole mõjuv (ujuv) jõud on võrdne keha tõrjutud vedeliku massiga:F_B= w​_f.

See seletab, miks laevad on enamasti õõnsad. Nende valmistamiseks kasutatud materjalid on tihedamad kui vesi, mis tähendab, et kui need materjalid kokku suruda, tõrjub "laev" oma mahu vette ja omab piisavat kaalu, et see uppuma panna. Kuid kui laeva mahtu suurendatakse õõnsa kere panemisel alusele, väheneb üldine tihedus ja laev jääb vee peale.

Seadet, mida kasutatakse kõige sagedamini vedeliku erikaal määramiseks, kui selle väärtus pole teada, nimetatakse ahüdromeeter. Neid on mitmel kujul, kuid põhikonstrukt on toru, mis on kaalutud põhjas nii, et see oleks vajub katsevedeliku teatud punkti, mis jääb mõõtmiseks mõõtesilindrisse helitugevus.

Alates vedeliku mahu teadmisest nihutab kaalutud toru ja kastetud osa kaalu koos ruumi temperatuuriga kuni vee tegeliku tiheduse määramiseks nendes tingimustes saab vedeliku tiheduse ja erikaalu määrata Archimedese põhimõttel.

Pilk ressursside graafikule näitab, et vee erikaal jääb vahemikus 0 kuni 10 1000 lähedale kraadi Celsiuse järgi, kuid seejärel langeb see enam-vähem püsiva kiirusega umbes 0,960-ni, kui temperatuur läheneb vee keemistemperatuurile 100 C. Kui aineid, näiteks ravimeid, mõõdetakse ja valmistatakse sageli mikrogrammides, on ülioluline osata praktikas arvestada selliste näiliselt tühiste erinevustega.