Kako odrediti specifičnu težinu

Znanje točno koje je količine određene tvari prisutno kao dio procjene fizikalnih i kemijskih svojstava te tvari ključno je za znanost. Količine su bitne - puno! Vjerojatno u ovom trenutku mislite: "Dobro, prijeđimo mimo očiglednih stvari", ali razmislite o pitanju što znači "iznos". Kad bi vas netko pitaokoliko vas ima, što bi joj rekao?

Većina nas bi vjerojatno ovo pitanje protumačila kao "Koliko imate?" ili eventualno "Koliko si visok?" Međutim, postoji puno jednako vjerojatnih odgovora. Na primjer, koliko volumena (recimo u litrama) zauzima vaše tijelo? Koliko pojedinačnih atoma ili stanica sadrži?

Masa je jedan od načina praćenja "stvari" u svemiru, a odnosi se na to koliko je materije prisutno; ovo je neovisno o volumenu, koji jednostavno opisuje količine trodimenzionalnog prostora. Omjer ove dvije veličine, koji se naziva gustoća, prirodno je zanimljiv, kao i bliski rođak, koji se nazivaspecifična gravitacija. Mjerenje specifične gravitacije uključeno je u fizički set alata uglavnom kako bi se objasnila univerzalna priroda vode, kako ćete uskoro saznati.

U nekom trenutku jednostavno ponestane riječi za opisivanje pojma, pa je tako i s materijom. Jedan od načina razmišljanja o materiji je da je to nešto na što gravitacija djeluje i teoretski možete držati bilo koju vrstu materije rukama ako su vam ruke bile dovoljno sitne, i pogledajte to svojim očima ako ste imali natprirodno moćne vizija.

Materija se sastoji od jednog ili više njihelementi, od kojih se 92 javlja u prirodi. Elementi se ne mogu dalje rastaviti na druge dijelove i dalje zadržavaju svoja svojstva; najmanja cjelovita jedinica elementa je anatom. Veliki komad materije može se sastojati od bilijuna atoma jednog elementa, poput kilograma čistog zlata. Češće se različiti elementi kombiniraju i tvore spojeve, poput vodika (H) i kisika (O) kombinirajući se u vodu (H₂O).

Masa i težina su slične, ali različite mjerne jedinice. Masa jednostavno opisuje količinu prisutne tvari bez obzira na vanjske čimbenike, a SI (Međunarodni sustav ili metrička) jedinica mase je kilogram (kg). U fizičkim problemima koji uključuju specifičnu težinu koristi se gram (g), što je 1/1000 kilograma.

Težina predmeta ovisi o gravitaciji kojoj je podvrgnuta masa i ima jedinice snage, što je u SI sustavu njutn (N). Na Zemlji se ta vrijednost ne mijenja zamjetno, pa se masa i težina često koriste naizmjenično. Ali na Mjesecu, da je gravitacija manje jaka, vaša bi masa bila ista, ali vaša težina (masamputa gravitacijag) bio bi proporcionalno slabiji.

Volumen se odnosi na količinu trodimenzionalnog prostora. To je kocka duljine, a SI jedinica je litra (L). Jedna litra predstavljena je kockom bočne 10 centimetara ili cm (0,1 metara ili m). Vjerojatno vam je poznat ovaj odabir glasnoće općenito zbog broja izrađenih boca s pićem od 1 L.

Sam po sebi, "volumen" je samo matematički definiran prostor, koji možda čeka da ga zauzme materija, a možda i ne čeka. Međutim, kada materija zauzima taj prostor, rezultirajući učinci bit će različiti kada se različite količine materije smjeste u tu istu količinu prostora. To znate intuitivno; kad nosite okolo kutiju s kikirikijem i zrakom, vaš je posao lakši nego što je bio kad je u istoj kutiji nekoliko trenutaka ranije bila pošiljka udžbenika.

Odnos mase i volumena, inače poznat kao "podjela mase po volumenu", naziva se gustoća. No, jedinstveni odnos vode prema svemu što je do sada spomenuto tek treba opisati.

Gustoća nema vlastitu jedinicu u fizici, niti je stvarno treba, s obzirom na to da je izvedena iz jedna temeljna fizikalna veličina (masa) i jedna lako dobivena iz druge (volumen ima kockaste jedinice od duljina). Obično ga predstavlja grčko slovo rho ili ρ:

Možete vidjeti da gustoća ima jedinice kg / L u SI sustavu, ali u fizičkim problemima često se koristi jedinica g / ml. (Budući da potonji predstavlja prvi s masom i volumenom podijeljenim s 1.000, kg / L i g / ml su zapravo ekvivalentni.)

Otkrit ćete da većina živih bića i mnoge uobičajene tvari koje sudjeluju u biokemijskim reakcijama imaju gustoću sličnu gustoći vode; to proizlazi iz činjenice da se većina živih bića uglavnom ili uglavnom sastoji od H₂O.

Ovo istraživanje udarilo je činjenicu da je vode svugdje ne da bi odagnala strah od suše, ali jer su fizičari i kemičari smislili jednostavan način za objašnjenje malih promjena u gustoćiistivrsta materije: Specifična težina, bezdimenzionalni broj koji je samo omjer gustoće te tekućine i gustoće vode - uz zavoj.

Po definiciji, 1 ml nepatvorene vode ima masu od 1 g. Prvotno je izabrana litra kao količina vode koja je imala masu od točno 1 kg. Problem je s tim što, kako su saznali moderniji istraživači, specifična težina vode zapravo varira s temperaturom čak i u malim svakodnevnim rasponima (o tome kasnije). No dok se gustoća vode za svakodnevne potrebe gotovo uvijek jednostavno zaokružuje na "točno" 1, to zapravo nije konstanta.

• Primijetite da riječ "gravitacija" može zbuniti, jer gravitacija u fizici ima jedinice ubrzanja i neovisna je o ovoj raspravi.

Prije nego što u potpunosti zaronite u specifičnu težinu, na redu je demonstracija važnosti i elegancije gustoće - Arhimedov princip. Jednostavno, ovo navodi da je sila koja djeluje prema gore (uzgon) koja djeluje na tijelo uronjeno u tekućinu (obično vodu) jednaka težini tekućine koju tijelo istiskuje:F_B= w​_f.

To objašnjava zašto su brodovi uglavnom šuplji. Materijali koji se koriste za njihovu izradu gušći su od vode, što znači da bi, ako bi se ti materijali stisnuli, "brod" istisnuo vlastiti volumen u vodi i imao dovoljnu težinu da potone. Ali ako se poveća volumen broda stavljanjem šupljeg trupa u njegovu podnožju, ukupna gustoća se smanjuje i brod ostaje na površini.

Uređaj se najčešće koristi za određivanje specifične težine tekućine kada je njezina vrijednost nepoznata naziva se ahidrometar. Postoje u nekoliko oblika, ali osnovna konstrukcija je cijev ponderirana na dnu tako da je spustit će se do određene točke u ispitnoj tekućini koja leži u graduiranom cilindru za mjerenje volumen.

Od poznavanja volumena tekućine, ponderirana cijev istiskuje i težinu uronjenog dijela, zajedno s temperaturom prostorije do odrediti pravu gustoću vode u tim uvjetima, gustoću i specifičnu težinu tekućine možemo odrediti iz Arhimedove ' načelo.

Pogled na grafikon u Resursima otkriva da specifična težina vode ostaje vrlo blizu 1.000 u rasponu od 0 do 10 Celzijevih stupnjeva, ali tada opada s više ili manje konstantnom brzinom na oko 0,960 kako se temperatura približava točki ključanja vode od 100 C. Kada se tvari poput lijekova često mjere i pripremaju u mikrogramima, od vitalne je važnosti biti sposoban objasniti u praksi takve naizgled trivijalne razlike.