Kuidas lahendada erikaal

"Erikaal" on oma näol mõnevõrra eksitav termin. Sellel pole suurt pistmist raskusjõuga, mis on ilmselgelt asendamatu mõiste paljudes füüsikaprobleemides ja rakendustes. Selle asemel on see seotud konkreetse aine koguse (massiga) antud mahus, seatud vastu inimkonna teadaolevalt kõige eluliselt tähtsamale ja üldlevinumale ainele - vesi.

Ehkki erikaal ei kasuta sõnaselgelt Maa raskusjõu väärtust (mida sageli nimetatakse jõuks, kuid millel tegelikult on kiirendus füüsikas - planeedi pinnal täpsemalt 9,8 meetrit sekundis sekundis), gravitatsioon on kaudne kaalutlus, sest asjadel, mis on "raskemad", on kõrgemad erikaalud kui "kergematel". Kuid mida üldse tähendavad sellised sõnad nagu "raske" ja "kerge"? vormiline mõte? Noh, selleks on füüsika.

Esiteks, erikaal on tihedusega väga tihedalt seotud ja neid mõisteid kasutatakse sageli vahetatult. Nagu paljude teadusmaailma mõistete puhul, on see üldiselt aktsepteeritav, kuid kui arvestada järgmist mõju, mida väikesed tähenduse ja koguste muutused võivad füüsilisele maailmale avaldada, pole see tühine erinevus.

Tihedus on lihtsalt mass jagatud mahuga, punkt. Kui teile antakse millegi massi väärtus ja teate, kui palju ruumi see võtab, saate selle tiheduse kohe välja arvutada. (Isegi siin võib tekkida nõgestõbi. See arvutus eeldab, et materjali kogu mass ja maht on ühtlased ja seetõttu on selle tihedus ühtlane. Vastasel juhul on kõik, mida arvutate, ainult keskmine tihedus, mis võib probleemi lahendamiseks sobida või mitte.)

Muidugi aitab see, kui teil on arvutus, mis on teie arvutuste läbimisel mõistlik - see on tavaliselt kasutatav. Nii et kui teil on millegi mass untsides ja maht mikroliitrites, siis näiteks massi jagamine mahu järgi tiheduse saamiseks jätab teile väga ebamugavad untsiühikud mikroliitri kohta. Selle asemel püüdke ühele tavalisele ühikule, näiteks g / ml või gramm milliliitri kohta (mis on sama asi kui g / cm³või grammides kuupsentimeetri kohta). Esialgse määratluse kohaselt on 1 ml puhta vee mass väga, väga lähedal 1 g, nii lähedal, et vee tihedus ümardatakse igapäevase otstarbe huvides peaaegu alati "täpselt" 1-ni; see muudab g / ml eriti käepäraseks ühikuks ja see tuleb mängu erikaaluga.

Ainete tihedus on harva konstantne. See kehtib eriti vedelike ja gaaside (see tähendab vedelike) kohta, mis on tundlikumad temperatuurimuutustele kui tahked ained. Vedelikud ja gaasid võimaldavad lisamassi lisamist ilma mahu muutumiseta viisil, mida tahked ained ei saa.

Näiteks on vesi vedelas olekus 0–100 ° C. Soojenedes selle vahemiku alumisest otsast kõrgemale, laieneb see. See tähendab, et sama kogus massi tarbib temperatuuri tõustes üha enam mahtu. Seetõttu muutub vesi temperatuuri tõustes vähem tihedaks.

Teine viis, kuidas vedelikud tiheduse muutusi teevad, on vedelikus lahustuvate osakeste lisamine, mida nimetatakse soluutideks. Näiteks sisaldab värske vesi väga vähe soola (naatriumkloriidi), merevesi sisaldab seda aga kuulsalt. Soola lisamisel veele suureneb selle mass, samal ajal kui selle maht kõigil praktilistel eesmärkidel seda ei tee. See tähendab, et merevesi on tihedam kui magevesi ja eriti kõrge soolsusega (soolasisaldus) merevesi tihedam kui tavaline merevesi või suhteliselt vähese soolaga merevesi, näiteks suurema magevee suudme lähedal jõgi.

Nende erinevuste tagajärg on see, et vähem tihedad materjalid avaldavad madalamat survet allapoole kui tihedamad materjalid, moodustab vesi sageli kihid temperatuuri, soolsuse või mõnede erinevuste põhjal kombinatsioon. Näiteks juba veepinna lähedal olevat vett soojendab päike rohkem kui sügavam vesi, muutes selle pinnavee vähem tihedaks ja seetõttu veelgi tõenäolisemalt veekihtide kohale all.

Erikaaluühikud on mitte sama mis tihedusel, mis on mass ruumalaühiku kohta. Seda seetõttu, et erikaalu valem on veidi erinev: see on uuritava materjali tihedus jagatud vee tihedusega. Vormiliselt on erikaalu võrrand:

(materjali mass ÷ materjali maht) ÷ (vee mass ÷ vee maht)

Kui sama mahutit kasutatakse nii vee kui ka aine mahu mõõtmiseks, siis need mahtusid võib käsitleda samadena ja lahutada ülaltoodud võrrandist, jättes valemi erikaalule kui:

(materjali mass ÷ vee mass)

Kuna tihedus jagatud tiheduse ja massiga jagatud mass on mõlemad ühikuta, on ka erikaal raskuseta. See on lihtsalt number.

Fikseeritud veega anumas oleva vee mass muutub koos vee temperatuuriga, mis on enamikul juhtudel lähedane ruumi temperatuurile, milles see mõnda aega istub. Tuletame meelde, et vee tihedus langeb koos temperatuuriga, kui vesi paisub. Täpsemalt öeldes on vee temperatuur 10 ° C tihedus 0,9997 g / ml, samas kui 20 ° C vee tihedus on 0,9982 g / ml. 30 ° C vee tihedus on 0,9956 g / ml. Need kümnendikuprotsendilised erinevused võivad pealtnäha tunduda tühised, kuid siis, kui soovite aine tiheduse määramiseks väga täpselt, peate tõesti kasutama spetsiifilist raskusjõud.

Konkreetne maht, tähistatud tähega v (väike "v" ja seda ei tohi segi ajada kiirusega; kontekst peaks siin olema abiks), on gaasidele kasutatav mõiste ja see on gaasi maht jagatud selle massiga või V / m. See on lihtsalt gaasi tiheduse vastastikune väärtus. Siin on ühikud tavaliselt m³/ kg, mitte ml / g, viimane on see, mida võite kõige tavalisema tihedusühiku korral oodata. Miks see nii võib olla? Mõelge gaaside olemusele: need on väga laialivalguvad ja märkimisväärse massi kogumine pole lihtne, kui inimene ei suuda suuremates kogustes hakkama saada.

Lisaks on ujuvuse mõiste seotud tihedusega. Eelmises osas märgiti, et tihedamad objektid avaldavad allapoole survet rohkem kui vähem tihedad objektid. Üldisemalt tähendab see, et vette pandud objekt vajub alla, kui selle tihedus on suurem kui vee tihedus, kuid hõljub, kui selle tihedus on väiksem kui vee tihedus. Kuidas selgitaksite jääkuubikute käitumist ainult siin loetu põhjal?

Igal juhul on ujuvjõud vedeliku jõud objektile, mis on sellesse vedelikku sukeldunud, mis loendab gravitatsioonijõu, mis sunnib objekti vajuma. Mida tihedam on vedelik, seda suuremat ujuvjõudu see antud objektile avaldab, mis kajastub selle objekti madalamas vajumise tõenäosuses.