Kuinka määritellä ominaispaino

Tieteen kannalta on keskeistä tietää, kuinka paljon tiettyä ainetta on läsnä osana aineen fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien arviointia. Määrillä on merkitystä - paljon! Luultavasti ajattelet: "Okei, siirrymme selvän tavaran ohi" tässä vaiheessa, mutta harkitse kysymystä, mitä "summa" tarkoittaa. Jos joku kysyi sinultakuinka paljon teistä on siellä, mitä kerrot hänelle?

Suurin osa meistä tulkitsisi tämän kysymyksen todennäköisesti "Kuinka paljon painat?" tai mahdollisesti "Kuinka pitkä olet?" Yhtä uskottavia vastauksia on kuitenkin paljon. Esimerkiksi kuinka paljon tilavuutta (esimerkiksi litroina) kehosi vie? Kuinka monta yksittäistä atomia tai solua se sisältää?

Massa on yksi tapa seurata maailmankaikkeuden "tavaraa", ja se viittaa siihen, kuinka paljon ainetta on läsnä; tämä on riippumaton tilavuudesta, joka yksinkertaisesti kuvaa kolmiulotteisen tilan määriä. Näiden kahden määrän suhde, jota kutsutaan tiheydeksi, on luonnollisesti kiinnostava, samoin kuin läheinen serkku, jota kutsutaan

Jossakin vaiheessa sanan loppu yksinkertaisesti kuvaa käsitettä, ja niin on myös aineella. Yksi tapa ajatella ainetta on, että se on mitä tahansa painovoimaa, ja teoreettisesti voit pitää kaikenlaista ainetta käsilläsi, jos kätesi olivat riittävän pienet, ja näe se omin silmin, jos sinulla olisi yliluonnollisesti voimakas näkemys.

Aine koostuu yhdestä tai useammastaelementtejä, joista 92 esiintyy luonnossa. Elementtejä ei voida jakaa edelleen muihin osiin, mutta ne säilyttävät edelleen ominaisuutensa; elementin pienin täydellinen yksikkö onatomi. Suuri aineosa voi koostua biljoonista yhden elementin atomeista, kuten kiloa puhdasta kultaa. Useammin eri elementit yhdistyvät muodostaen yhdisteitä, kuten vety (H) ja happi (O), jolloin muodostuu vesi (H₂O).

Massa ja paino ovat samanlaisia, mutta erilliset mittayksiköt. Massa kuvaa yksinkertaisesti läsnä olevan aineen määrää ulkoisista tekijöistä riippumatta, ja SI (kansainvälinen järjestelmä tai metrinen) massayksikkö on kilogramma (kg). Ominaispainoon liittyvissä fysiikan ongelmissa käytetään grammaa (g), joka on 1/1 000 kilogrammaa.

Esineen paino riippuu painosta, jolle sen massa altistuu, ja sillä on voimayksikköjä, joka SI-järjestelmässä on newton (N). Maapallolla tämä arvo ei muutu havaittavasti, joten massaa ja painoa käytetään usein keskenään. Kuussa, jos painovoima on vähemmän voimakas, massa olisi sama kuin painosi (massamkertaa painovoimag) olisi suhteellisesti heikompi.

Tilavuus viittaa kolmiulotteisen tilan määrään. Se on pituuden kuutio, ja SI-yksikkö on litra (L). Yhtä litraa edustaa kuutio, jonka sivu on 10 senttimetriä tai cm (0,1 metriä tai m). Olet todennäköisesti perehtynyt tähän tilavuuteen yleensä valmistettujen 1 litran juomapullojen määrän vuoksi.

Itse asiassa "tilavuus" on vain matemaattisesti määritelty tila, joka ehkä odottaa aineen käyttämistä, ehkä ei odota. Kun aine vie tuon tilan, tuloksena olevat vaikutukset ovat kuitenkin erilaiset, kun eri ainemäärät sijoitetaan samaan tilaan. Tiedät tämän intuitiivisesti; kun kuljettaa pakkauksessa maapähkinöitä ja ilmaa, työsi on helpompaa kuin se oli, kun samassa laatikossa oli hetki aikaisemmin lähetys oppikirjoista.

Massan ja tilavuuden suhdetta, joka tunnetaan myös nimellä "massan jako tilavuuden mukaan", kutsutaan tiheydeksi. Mutta veden ainutlaatuista suhdetta kaikkeen tähän mennessä mainittuun ei ole vielä kuvattu.

Tiheydellä ei ole omaa yksikköä fysiikassa, eikö se todellakaan vaadi sitä, koska se on peräisin yksi fyysinen perusmäärä (massa) ja yksi helposti johdettavissa toisesta (tilavuus on kuutioina yksikköinä) pituus). Sitä edustaa yleensä kreikkalainen kirjain rho tai ρ:

Voit nähdä, että tiheydellä on SI / s-yksiköt kg / l, mutta fysiikan ongelmissa käytetään usein yksikköä g / ml. (Koska jälkimmäinen edustaa ensimmäistä ja sen massa ja tilavuus jaettuna 1 000: lla, kg / l ja g / ml ovat itse asiassa vastaavia.)

Tulet huomaamaan, että useimmilla biokemiallisiin reaktioihin osallistuvilla elävillä olennoilla ja monilla tavallisilla aineilla on samanlainen tiheys kuin vedellä; tämä johtuu siitä, että suurin osa elävistä olennoista koostuu suurelta osin tai pääasiassa H: sta₂O.

Tämä etsintä on lyönyt pois tosiasian, että vesi on kaikkialla, jotta ei hälventäisi kuivuuden pelkoja, mutta koska fyysikot ja kemistit ovat keksineet helpon tavan ottaa huomioon pienet muutoksetsamaainetyyppi: Ominaispaino, dimensioton luku, joka on vain kyseisen nesteen tiheyden suhde veteen - kierteellä.

Määritelmän mukaan 1 ml: n puhdistamattoman veden massa on 1 g. Alun perin litra valittiin vesimääräksi, jonka massa oli tarkalleen 1 kg. Tämän ongelmana on, että kuten nykyaikaiset tutkijat oppivat, veden ominaispaino vaihtelee lämpötilan mukaan jopa pienillä, jokapäiväisillä alueilla (lisää tästä myöhemmin). Mutta vaikka veden tiheys on melkein aina yksinkertaisesti pyöristetty "tarkalleen" 1 jokapäiväisiin tarkoituksiin, tämä ei ole oikeastaan ​​vakio.

• Huomaa, että sana "painovoima" voi olla hämmentävä, koska fysiikan painovoimalla on kiihtyvyysyksiköitä ja se on riippumaton tästä keskustelusta.

Ennen kuin sukellat täysin omapainoon, tiheyden merkitys ja eleganssi on kunnossa - Archimedeksen periaate. Yksinkertaisesti tässä todetaan, että ylöspäin vaikuttava (kelluva) voima, joka kohdistuu nesteeseen (yleensä veteen) upotettuun kappaleeseen, on yhtä suuri kuin ruumiin syrjäyttämän nesteen paino:F_B= w​_f.

Tämä selittää, miksi alukset ovat enimmäkseen onttoja. Niiden valmistamiseen käytetyt materiaalit ovat tiheämpiä kuin vesi, mikä tarkoittaa, että jos nämä materiaalit puristettaisiin, "alus" syrjäyttäisi oman tilavuutensa vedessä ja sillä olisi riittävä paino saamaan se uppoamaan. Mutta jos aluksen määrää lisätään asettamalla ontto runko pohjaan, kokonaistiheys pienenee ja alus pysyy päällä.

Laitetta, jota käytetään useimmiten nesteen ominaispainon määrittämiseen, kun sen arvoa ei tunneta, kutsutaan ahydrometri. Näitä on useita muotoja, mutta perusrakenne on putki, joka on painotettu alaosaan niin, että se uppoaa tiettyyn kohtaan testinesteessä, joka lepää mitattavassa sylinterissä äänenvoimakkuus.

Painetun putken syrjäyttämästä nesteen tilavuudesta ja upotetun osan painosta sekä huoneen lämpötilasta veden todellisen tiheyden määrittämiseksi näissä olosuhteissa nesteen tiheys ja ominaispaino voidaan määrittää Archimedeksen periaate.

Vilkaisu resurssien kaavioon paljastaa, että veden ominaispaino pysyy hyvin lähellä 1.000 alueella 0-10 celsiusastetta, mutta sitten se laskee enemmän tai vähemmän vakionopeudella noin 0,960: een lämpötilan lähestyessä veden kiehumispistettä 100 C. Kun aineita, kuten lääkkeitä, mitataan ja valmistetaan usein mikrogrammoina, on välttämätöntä pystyä ottamaan huomioon käytännössä tällaiset näennäisen triviaaliset erot.