विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण के लिए कैसे हल करें

"विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण", इसके चेहरे पर, कुछ हद तक भ्रामक शब्द है। इसका गुरुत्वाकर्षण से बहुत कम लेना-देना है, जो स्पष्ट रूप से भौतिकी की समस्याओं और अनुप्रयोगों की एक श्रृंखला में एक अनिवार्य अवधारणा है। इसके बजाय, यह किसी दिए गए आयतन के भीतर किसी विशिष्ट पदार्थ के पदार्थ (द्रव्यमान) की मात्रा से संबंधित है, मानव जाति के लिए ज्ञात शायद सबसे महत्वपूर्ण और सर्वव्यापी पदार्थ के मानक के खिलाफ सेट - पानी।

जबकि विशिष्ट गुरुत्व स्पष्ट रूप से पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण के मूल्य का उपयोग नहीं करता है (जिसे अक्सर एक बल के रूप में संदर्भित किया जाता है, लेकिन वास्तव में इसकी इकाइयाँ होती हैं भौतिकी में त्वरण - ग्रह की सतह पर 9.8 मीटर प्रति सेकंड प्रति सेकंड, सटीक होने के लिए), गुरुत्वाकर्षण एक अप्रत्यक्ष विचार है क्योंकि जो चीजें "भारी" होती हैं उनमें "हल्का" चीजों की तुलना में उच्च विशिष्ट-गुरुत्वाकर्षण मूल्य होते हैं। लेकिन "भारी" और "प्रकाश" जैसे शब्दों का क्या अर्थ है? औपचारिक अर्थ? खैर, यही भौतिकी के लिए है।

सबसे पहले, विशिष्ट गुरुत्व घनत्व से बहुत निकटता से संबंधित है, और शब्दों को अक्सर एक दूसरे के स्थान पर उपयोग किया जाता है। जैसा कि विज्ञान की दुनिया में बहुत सी अवधारणाओं के साथ है, यह आम तौर पर स्वीकार्य है, लेकिन जब विचार किया जाता है अर्थ और मात्राओं में होने वाले छोटे-छोटे बदलावों का भौतिक दुनिया पर क्या प्रभाव पड़ सकता है, यह नगण्य नहीं है अंतर।

घनत्व केवल द्रव्यमान को मात्रा, पूर्ण विराम से विभाजित किया जाता है। यदि आपको किसी वस्तु के द्रव्यमान का मान दिया जाता है और आप जानते हैं कि वह कितनी जगह लेता है, तो आप तुरंत उसके घनत्व की गणना कर सकते हैं। (यहाँ भी, नेटटलसम मुद्दे उठ सकते हैं। यह गणना मानती है कि सामग्री के पूरे द्रव्यमान और आयतन में एक समान रचनाएँ हैं और इसलिए इसका घनत्व एक समान है। अन्यथा, आप केवल एक औसत घनत्व की गणना कर रहे हैं, जो समस्या की आवश्यकताओं के लिए ठीक हो भी सकता है और नहीं भी।)

बेशक, यह एक ऐसी संख्या रखने में मदद करता है जो समझ में आता है जब आप अपनी गणना के माध्यम से होते हैं - एक जो आमतौर पर उपयोग किया जाता है। इसलिए यदि आपके पास औंस में किसी चीज का द्रव्यमान है और मात्रा माइक्रोलीटर में है, तो कहें, घनत्व प्राप्त करने के लिए द्रव्यमान को मात्रा से विभाजित करने से आपको प्रति माइक्रोलीटर औंस की बहुत अजीब इकाइयां मिलती हैं। इसके बजाय, सामान्य इकाइयों में से एक के लिए लक्ष्य रखें, जैसे जी/एमएल, या ग्राम प्रति मिलीलीटर (जो कि जी/सेमी के समान है)³, या ग्राम प्रति घन सेंटीमीटर)। मूल परिभाषा के अनुसार, 1 मिली शुद्ध पानी का द्रव्यमान बहुत, 1 ग्राम के बहुत करीब होता है, इतना करीब कि पानी का घनत्व लगभग हमेशा "बिल्कुल" 1 के लिए रोजमर्रा के उद्देश्यों के लिए गोल होता है; यह जी/एमएल को एक विशेष रूप से उपयोगी इकाई बनाता है, और यह विशिष्ट गुरुत्व में खेल में आता है।

पदार्थों का घनत्व शायद ही कभी स्थिर होता है। यह विशेष रूप से तरल पदार्थ और गैसों (अर्थात, तरल पदार्थ) के लिए सच है, जो ठोस पदार्थों की तुलना में तापमान में परिवर्तन के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। तरल पदार्थ और गैसें अतिरिक्त द्रव्यमान के योग को भी समायोजित करती हैं, जिसमें मात्रा में कोई बदलाव नहीं होता है, जैसा कि ठोस नहीं कर सकते।

उदाहरण के लिए, पानी अपनी तरल अवस्था में 0 डिग्री सेल्सियस और 100 डिग्री सेल्सियस के बीच मौजूद होता है। जैसे-जैसे यह इस श्रेणी के निचले सिरे से उच्च सिरे तक गर्म होता है, यह फैलता जाता है। यानी बढ़ते तापमान के साथ द्रव्यमान की समान मात्रा अधिक से अधिक मात्रा में खपत करती है। नतीजतन, बढ़ते तापमान के साथ पानी कम घना हो जाता है।

एक अन्य तरीका जिसमें तरल पदार्थ घनत्व में परिवर्तन से गुजरते हैं, वह है तरल में घुलने वाले कणों का जोड़, जिसे विलेय कहा जाता है। उदाहरण के लिए, ताजे पानी में बहुत कम नमक (सोडियम क्लोराइड) होता है, जबकि समुद्र के पानी में बहुत अधिक मात्रा में नमक होता है। जब पानी में नमक मिलाया जाता है, तो इसका द्रव्यमान बढ़ जाता है, जबकि इसकी मात्रा, सभी व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए नहीं होती है। इसका मतलब है कि समुद्र का पानी ताजे पानी की तुलना में अधिक घना है, और समुद्र का पानी विशेष रूप से उच्च लवणता (नमक सामग्री) के साथ है सामान्य समुद्री जल या समुद्र के पानी की तुलना में अपेक्षाकृत कम नमक के साथ अधिक घना, जैसे कि एक प्रमुख मीठे पानी के मुहाने के पास नदी।

इन अंतरों का निहितार्थ यह है कि, क्योंकि कम घनत्व वाली सामग्री कम मात्रा में नीचे की ओर दबाव डालती है अधिक सघन सामग्री की तुलना में, पानी अक्सर तापमान, लवणता या कुछ में अंतर के आधार पर परतें बनाता है मेल। उदाहरण के लिए, पानी की सतह के पास पहले से मौजूद पानी को गहरे पानी की तुलना में सूर्य द्वारा अधिक गर्म किया जाएगा, सतह के पानी को कम घना बनाना और इसलिए पानी की परतों के ऊपर रहने की और भी अधिक संभावना है नीचे।

विशिष्ट गुरुत्व इकाइयाँ हैं नहीं घनत्व के समान, जो द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन है। ऐसा इसलिए है क्योंकि विशिष्ट गुरुत्व सूत्र थोड़ा अलग है: यह अध्ययन के तहत सामग्री के घनत्व को पानी के घनत्व से विभाजित करता है। अधिक औपचारिक रूप से, विशिष्ट गुरुत्व समीकरण है:

(सामग्री का द्रव्यमान सामग्री की मात्रा) ÷ (पानी का द्रव्यमान ÷ पानी की मात्रा)

यदि एक ही पात्र का उपयोग पानी के आयतन और पदार्थ के आयतन दोनों को मापने के लिए किया जाता है, तो ये वॉल्यूम को समान माना जा सकता है और उपरोक्त समीकरण से अलग किया जा सकता है, विशिष्ट गुरुत्व के सूत्र को छोड़कर जैसा:

(सामग्री का द्रव्यमान पानी का द्रव्यमान)

चूँकि घनत्व को घनत्व से विभाजित किया जाता है और द्रव्यमान को द्रव्यमान से विभाजित किया जाता है, दोनों ही इकाई रहित होते हैं, विशिष्ट गुरुत्व भी इकाई रहित होता है। यह सिर्फ एक संख्या है।

स्थिर पानी के एक कंटेनर में पानी का द्रव्यमान पानी के तापमान के साथ बदल जाएगा, जो ज्यादातर मामलों में उस कमरे के तापमान के करीब होता है, जिसमें वह कुछ समय के लिए बैठता है। याद रखें कि तापमान के साथ पानी का घनत्व कम हो जाता है क्योंकि पानी फैलता है। विशेष रूप से, 10 C के तापमान पर पानी का घनत्व 0.9997 g/ml होता है, जबकि 20 C पर पानी का घनत्व 0.9982 g/ml होता है। 30 C पर पानी का घनत्व 0.9956 g/ml है। प्रतिशत के दसवें हिस्से का ये अंतर सतह पर मामूली लग सकता है, लेकिन जब आप चाहें किसी पदार्थ के घनत्व को बड़ी सटीकता के साथ निर्धारित करें, आपको वास्तव में विशिष्ट का उपयोग करना होगा गुरुत्वाकर्षण।

विशिष्ट मात्रा, द्वारा दर्शाया गया वी (छोटा "वी,"और वेग के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए; संदर्भ यहां सहायता का होना चाहिए), गैसों पर लागू होने वाला शब्द है, और यह गैस के आयतन को उसके द्रव्यमान, या V/m से विभाजित करता है। यह केवल गैस के घनत्व का पारस्परिक है। यहाँ इकाइयाँ आमतौर पर m. हैं³एमएल/जी के बजाय / किग्रा, घनत्व की सबसे सामान्य इकाई को देखते हुए आप उम्मीद कर सकते हैं। ऐसा क्यों हो सकता है? खैर, गैसों की प्रकृति पर विचार करें: वे बहुत फैलती हैं, और इसका एक महत्वपूर्ण द्रव्यमान एकत्र करना तब तक आसान नहीं होता जब तक कि कोई बड़ी मात्रा में सौदा करने में सक्षम न हो।

इसके अलावा, उछाल की अवधारणा घनत्व से संबंधित है। पिछले खंड में, यह नोट किया गया था कि अधिक घनी वस्तुएं कम घनी वस्तुओं की तुलना में अधिक नीचे की ओर दबाव डालती हैं। अधिक सामान्यतः, इसका तात्पर्य यह है कि पानी में रखी कोई वस्तु डूब जाएगी यदि उसका घनत्व पानी के घनत्व से अधिक है लेकिन अगर उसका घनत्व पानी से कम है तो तैरती है। आपने यहाँ जो पढ़ा है, उसके आधार पर आप बर्फ के टुकड़ों के व्यवहार की व्याख्या कैसे करेंगे?

किसी भी घटना में, उत्प्लावन बल उस द्रव में डूबी हुई वस्तु पर द्रव का बल होता है जो वस्तु को डूबने के लिए मजबूर करने वाले गुरुत्वाकर्षण बल का प्रतिकार करता है। एक तरल पदार्थ जितना अधिक घना होता है, उतना ही अधिक उत्प्लावक बल किसी वस्तु पर लगाया जाएगा, जो उस वस्तु के डूबने की कम संभावना में परिलक्षित होता है।