« Gravité spécifique » est, à première vue, un terme quelque peu trompeur. Cela a peu à voir avec la gravité, qui est évidemment un concept indispensable dans une gamme de problèmes et d'applications de la physique. Au lieu de cela, il se rapporte à la quantité de matière (masse) d'une substance spécifique dans un volume donné, contre la norme de la substance peut-être la plus vitale et la plus omniprésente connue de l'humanité - l'eau.
Bien que la gravité spécifique n'utilise pas explicitement la valeur de la gravité terrestre (qui est souvent appelée force, mais a en fait des unités de accélération en physique - 9,8 mètres par seconde par seconde à la surface de la planète, pour être exact), la gravité est une considération indirecte car les choses qui sont "plus lourdes" ont des valeurs de gravité spécifique plus élevées que les choses qui sont "plus légères". Mais que signifient des mots comme « lourd » et « léger » dans le sens formel? Eh bien, c'est à ça que sert la physique.
Densité: Définition
Premièrement, la densité est très étroitement liée à la densité, et les termes sont souvent utilisés de manière interchangeable. Comme pour beaucoup de concepts dans le monde de la science, cela est généralement acceptable, mais lorsque l'on considère le effet que de petits changements de sens et de quantités peuvent avoir sur le monde physique, ce n'est pas négligeable différence.
La densité est simplement la masse divisée par le volume, point final. Si on vous donne une valeur pour la masse de quelque chose et que vous savez combien d'espace cela prend, vous pouvez immédiatement calculer sa densité. (Même ici, des problèmes gênants peuvent survenir. Ce calcul suppose que le matériau a des compositions uniformes dans toute sa masse et son volume et que sa densité est donc uniforme. Sinon, tout ce que vous calculez est une densité moyenne, qui peut ou non être adaptée aux exigences du problème à résoudre.)
Bien sûr, il est utile d'avoir un nombre qui a du sens lorsque vous avez terminé votre calcul – un nombre qui est couramment utilisé. Donc, si vous avez la masse de quelque chose en onces et le volume en microlitres, disons, diviser la masse par le volume pour obtenir la densité vous laisse avec des unités d'onces par microlitre très délicates. Au lieu de cela, visez l'une des unités courantes, comme g/ml, ou grammes par millilitre (ce qui est la même chose que g/cm3, ou grammes par centimètre cube). Par définition originale, 1 ml d'eau pure a une masse très, très proche de 1 g, si proche que la densité de l'eau est presque toujours simplement arrondie à "exactement" 1 pour les besoins de tous les jours; cela fait du g/ml une unité particulièrement pratique, et il entre en jeu dans la densité.
Facteurs affectant la densité
La densité des substances est rarement constante. Cela est particulièrement vrai pour les liquides et les gaz (c'est-à-dire les fluides), qui sont plus sensibles aux changements de température que les solides. Les liquides et les gaz s'adaptent également à l'ajout de masse supplémentaire sans changement de volume contrairement aux solides.
Par exemple, l'eau existe à l'état liquide entre 0 degrés Celsius et 100 C. Au fur et à mesure qu'il se réchauffe de l'extrémité inférieure de cette plage à l'extrémité supérieure, il se dilate. C'est-à-dire que la même quantité de masse consomme de plus en plus de volume avec l'augmentation de la température. En conséquence, l'eau devient moins dense avec l'augmentation de la température.
Une autre façon dont les liquides subissent des changements de densité est l'ajout de particules qui se dissolvent dans le liquide, appelées solutés. Par exemple, l'eau douce contient très peu de sel (chlorure de sodium), alors que l'eau de mer en contient beaucoup. Lorsque du sel est ajouté à l'eau, sa masse augmente alors que son volume, à toutes fins utiles, n'augmente pas. Cela signifie que l'eau de mer est plus dense que l'eau douce et que l'eau de mer avec une salinité particulièrement élevée (teneur en sel) est plus dense que l'eau de mer typique ou l'eau de mer avec relativement peu de sel, comme celle près de l'embouchure d'une grande eau douce fleuve.
L'implication de ces différences est que, parce que les matériaux moins denses exercent une plus faible pression vers le bas que les matériaux plus denses, l'eau forme souvent des couches sur la base des différences de température, de salinité ou de certains combinaison. Par exemple, l'eau déjà près de la surface de l'eau sera chauffée par le soleil plus que l'eau plus profonde, rendant cette eau de surface moins dense et donc encore plus susceptible de rester au-dessus des couches d'eau sous.
Densité relative: définition
Les unités de gravité spécifique sont ne pas la même chose que pour la densité, qui est la masse par unité de volume. C'est parce que la formule de densité est légèrement différente: c'est la densité du matériau à l'étude divisée par la densité de l'eau. Plus formellement, l'équation de gravité spécifique est :
(masse de matière ÷ volume de matière) ÷ (masse d'eau ÷ volume d'eau)
Si le même récipient est utilisé pour mesurer à la fois le volume d'eau et le volume de la substance, alors ces les volumes peuvent être traités de la même manière et exclus de l'équation ci-dessus, laissant la formule de la densité comme:
(masse de matière ÷ masse d'eau)
Étant donné que la densité divisée par la densité et la masse divisée par la masse sont toutes deux sans unité, la gravité spécifique est également sans unité. C'est simplement un nombre.
La masse d'eau dans un récipient d'eau fixe changera avec la température de l'eau, qui dans la plupart des cas est proche de la température de la pièce dans laquelle elle se trouve si elle repose pendant un certain temps. Rappelez-vous que la densité de l'eau diminue avec la température lorsque l'eau se dilate. Plus précisément, l'eau à une température de 10 C a une densité de 0,9997 g/ml, tandis que l'eau à 20 C a une densité de 0,9982 g/ml. L'eau à 30°C a une densité de 0,9956 g/ml. Ces différences de dixièmes de pour cent peuvent sembler insignifiantes à première vue, mais lorsqu'on veut déterminer la densité d'une substance avec une grande précision, il faut vraiment recourir à des la gravité.
Unités et termes associés
Volume spécifique, désigné par v (petit « v », et à ne pas confondre avec la vitesse; le contexte devrait être utile ici), est un terme appliqué aux gaz, et c'est le volume du gaz divisé par sa masse, ou V/m. C'est simplement l'inverse de la densité du gaz. Les unités ici sont généralement m3/kg plutôt que ml/g, ce dernier étant ce à quoi vous pourriez vous attendre étant donné l'unité de densité la plus courante. Pourquoi cela pourrait-il être? Eh bien, considérons la nature des gaz: ils sont très diffus, et en collecter une masse importante n'est pas facile à moins d'être capable de traiter des volumes plus importants.
De plus, la notion de flottabilité est liée à la densité. Dans une section précédente, il a été noté que les objets plus denses exercent plus de pression vers le bas que les objets moins denses. Plus généralement, cela implique qu'un objet placé dans l'eau coulera si sa densité est supérieure à celle de l'eau mais flottera si sa densité est inférieure à celle de l'eau. Comment expliqueriez-vous le comportement des glaçons, en vous basant uniquement sur ce que vous avez lu ici ?
Dans tous les cas, la force de flottabilité est la force d'un fluide sur un objet immergé dans ce fluide qui s'oppose à la force de gravité obligeant l'objet à couler. Plus un fluide est dense, plus la force de flottabilité qu'il exercera sur un objet donné est grande, ce qui se reflète dans la probabilité plus faible de cet objet de couler.
