Comment déterminer la gravité spécifique

Savoir exactement quelle quantité d'une substance donnée est présente dans le cadre de l'évaluation des propriétés physiques et chimiques de cette substance est essentiel pour la science. Les quantités comptent – ​​beaucoup! Vous pensez probablement « D'accord, passons aux choses évidentes » à ce stade, mais réfléchissez à la question de savoir ce que signifie « montant ». Si quelqu'un vous a demandécombien d'entre vous sont là, que lui dirais-tu ?

La plupart d'entre nous interpréteraient probablement cette question comme « Combien pesez-vous? » ou peut-être "Comment mesurez-vous ?" Il existe cependant de nombreuses réponses tout aussi plausibles. Par exemple, quel volume (disons, en litres) votre corps occupe-t-il? Combien d'atomes ou de cellules individuelles contient-il ?

La masse est un moyen de garder une trace des « trucs » dans l'univers, et elle fait référence à la quantité de matière présente; ceci est indépendant du volume, qui décrit simplement des quantités d'espace tridimensionnel. Le rapport de ces deux quantités, appelé densité, est naturellement intéressant, tout comme un proche cousin, appelé

À un moment donné, on manque tout simplement de mots pour décrire un concept, et il en va de même de la matière. Une façon de penser à la matière est que c'est tout ce sur quoi la gravité agit, et vous pourriez théoriquement tenir n'importe quelle sorte de matière avec vos mains si vos mains étaient assez petites, et voyez-le de vos propres yeux si vous aviez une puissance surnaturelle vision.

La matière consiste en un ou plusieurséléments, dont 92 dans la nature. Les éléments ne peuvent pas être décomposés en d'autres parties et conservent toujours leurs propriétés; la plus petite unité complète d'un élément est unatome. Un gros morceau de matière peut être constitué de milliers de milliards d'atomes d'un seul élément, comme une livre d'or pur. Le plus souvent, différents éléments se combinent pour former des composés, tels que l'hydrogène (H) et l'oxygène (O) se combinant pour former de l'eau (H₂O).

La masse et le poids sont des unités de mesure similaires mais distinctes. La masse décrit simplement la quantité de matière présente indépendamment des facteurs externes, et l'unité de masse SI (système international ou métrique) est le kilogramme (kg). Dans les problèmes de physique impliquant la gravité spécifique, le gramme (g), qui est 1/1 000 de kilogramme, est utilisé.

Le poids d'un objet dépend de la gravité à laquelle sa masse est soumise, et a des unités de force, qui dans le système SI est le newton (N). Sur Terre, cette valeur ne change pas de manière perceptible, de sorte que la masse et le poids sont souvent utilisés de manière interchangeable. Mais sur la lune, si la gravité était moins forte, votre masse serait la même mais votre poids (massemfois la gravitég) serait proportionnellement plus faible.

Le volume fait référence à une quantité d'espace tridimensionnel. C'est le cube de longueur et l'unité SI est le litre (L). Un litre est représenté par un cube de 10 centimètres, ou cm (0,1 mètre, ou m) de côté. Vous êtes probablement familier avec cette sélection de volume en raison du nombre de bouteilles de boisson de 1 L fabriquées.

En soi, le "volume" n'est qu'un espace défini mathématiquement, attendant peut-être d'être occupé par la matière, peut-être n'attendant pas. Lorsque la matière occupe cet espace, cependant, les effets résultants seront différents, lorsque différentes quantités de matière sont placées dans cette même quantité d'espace. Vous le savez intuitivement; lorsque vous transportez une boîte de cacahuètes et d'air, votre travail est plus facile qu'il ne l'était lorsque la même boîte contenait une cargaison de manuels quelques instants plus tôt.

Le rapport entre la masse et le volume, également connu sous le nom de « la division de la masse par le volume », est appelé densité. Mais la relation unique de l'eau avec tout ce qui a été mentionné jusqu'à présent n'a pas encore été décrite.

La densité n'a pas sa propre unité en physique, elle n'en a pas vraiment besoin, étant donné qu'elle est dérivée de une quantité physique fondamentale (masse) et une autre facilement dérivée (le volume a des unités cubiques de longueur). Il est normalement représenté par la lettre grecque rho, ou ρ :

Vous pouvez voir que la densité a des unités de kg/L dans le système SI, mais dans les problèmes de physique, l'unité g/mL est souvent utilisée. (Puisque ce dernier représente le premier avec à la fois la masse et le volume divisés par 1 000, kg/L et g/mL sont en fait équivalents.)

Vous constaterez que la plupart des êtres vivants et de nombreuses substances communes qui participent aux réactions biochimiques ont des densités similaires à celles de l'eau; cela découle du fait que la plupart des êtres vivants se composent en grande partie ou principalement de H₂O.

Cette exploration a martelé le fait que l'eau est partout non pour dissiper les craintes de sécheresse, mais parce que les physiciens et les chimistes ont trouvé un moyen simple de prendre en compte les petits changements dans la densité de lesmêmetype de matière: gravité spécifique, un nombre sans dimension qui est juste le rapport de la densité de ce fluide à celle de l'eau - avec une torsion.

Par définition, 1 ml d'eau pure a une masse de 1 g. Un litre a été choisi à l'origine pour être la quantité d'eau qui avait une masse d'exactement 1 kg. Le problème avec ceci est que, comme l'ont appris des chercheurs plus modernes, la gravité spécifique de l'eau varie en fait avec la température même sur de petites plages quotidiennes (nous en parlerons plus tard). Mais alors que la densité de l'eau est presque toujours simplement arrondie à "exactement" 1 pour les besoins de tous les jours, ce n'est pas en fait une constante.

• Notez que le mot "gravité" peut prêter à confusion, car la gravité en physique a des unités d'accélération et est indépendante de cette discussion.

Avant de plonger pleinement dans la gravité spécifique, une démonstration de l'importance et de l'élégance de la densité s'impose – le principe d'Archimède. Simplement, cela indique que la force agissant vers le haut (flottante) exercée sur un corps immergé dans un fluide (généralement de l'eau) est égale au poids du fluide déplacé par le corps :F_B=w​_F.

Cela explique pourquoi les navires sont pour la plupart creux. Les matériaux utilisés pour les fabriquer sont plus denses que l'eau, ce qui signifie que si ces matériaux étaient comprimés, le "navire" déplacerait son propre volume d'eau et aurait un poids suffisant pour le faire couler. Mais si l'on augmente le volume du navire en mettant une coque creuse à sa base, la densité globale diminue et le navire reste à flot.

L'appareil le plus souvent utilisé pour déterminer la gravité spécifique d'un fluide lorsque sa valeur est inconnue est appelé unhydromètre. Ceux-ci se présentent sous plusieurs formes, mais la construction de base est un tube lesté au fond de sorte qu'il descendra jusqu'à un certain point dans le fluide d'essai, qui repose dans un cylindre gradué pour mesurer le volume.

A partir de la connaissance du volume de fluide déplacé par le tube lesté et du poids de la partie immergée, ainsi que de la température de la pièce à déterminer la vraie densité de l'eau dans ces conditions, la densité et la densité du fluide peuvent être déterminées à partir d'Archimède principe.

Un coup d'œil sur le graphique dans les ressources révèle que la gravité spécifique de l'eau reste très proche de 1.000 dans la plage de 0 à 10 degrés Celsius, mais il diminue ensuite à un taux plus ou moins constant jusqu'à environ 0,960 lorsque la température approche du point d'ébullition de l'eau de 100 C. Lorsque des substances telles que les médicaments sont souvent mesurées et préparées en microgrammes, il est essentiel de pouvoir tenir compte dans la pratique de ces différences apparemment insignifiantes.