"Specifična težina" naizgled je pomalo obmanjujući pojam. To nema puno veze s gravitacijom, što je očito nezamjenjiv koncept u nizu fizičkih problema i primjena. Umjesto toga, odnosi se na količinu materije (mase) određene tvari unutar određenog volumena, uspoređen sa standardom možda najvitalnije i najprisutnije supstance poznate čovječanstvu - voda.
Iako se specifična težina ne koristi eksplicitno vrijednošću Zemljine teže (koja se često naziva silom, ali zapravo ima jedinice ubrzanje u fizici - točnije 9,8 metara u sekundi u sekundi na površini planeta), gravitacija je neizravno razmatranje jer stvari koje su "teže" imaju veće vrijednosti specifične težine od stvari koje su "lakše". Ali što uopće znače riječi poput "teška" i "lagana" formalni smisao? Pa, tome služi fizika.
Gustoća: Definicija
Prvo, specifična težina vrlo je usko povezana s gustoćom, a izrazi se često koriste naizmjenično. Kao i kod mnogih koncepata u svijetu znanosti, to je općenito prihvatljivo, ali kad se razmatra učinak koji male promjene u značenju i količinama mogu imati na fizički svijet, nije zanemariv razlika.
Gustoća je jednostavno masa podijeljena s volumenom, točka. Ako vam je dana vrijednost mase nečega i znate koliko prostora zauzima, možete odmah izračunati njegovu gustoću. (Čak i ovdje mogu nastati problemi s koprivom. Ovaj izračun pretpostavlja da materijal ima jednolike sastave u cijeloj svojoj masi i volumenu te da je njegova gustoća stoga ujednačena. Inače, sve što izračunavate je prosječna gustoća, koja može ili ne mora odgovarati zahtjevima problema.)
Naravno, pomaže vam imati broj koji ima smisla kad završite s izračunom - onaj koji se često koristi. Dakle, ako imate masu nečega u uncama, a volumen u mikrolitrima, recimo, dijeljenje mase po volumenu da biste dobili gustoću ostavlja vam vrlo neugodne jedinice unci po mikrolitrima. Umjesto toga, ciljajte na jednu od zajedničkih jedinica, poput g / ml, ili grama po mililitru (što je isto što i g / cm3, ili grama po kubnom centimetru). Prema izvornoj definiciji, 1 ml čiste vode ima masu vrlo, vrlo blizu 1 g, toliko blizu da se gustoća vode gotovo uvijek jednostavno zaokruži na "točno" 1 za svakodnevne potrebe; to čini g / ml posebno praktičnom jedinicom i dolazi u obzir u specifičnoj težini.
Čimbenici koji utječu na gustoću
Gustoća tvari je rijetko konstantna. To se posebno odnosi na tekućine i plinove (odnosno tekućine) koji su osjetljiviji na promjene temperature od krutina. Tekućine i plinovi također prilagođavaju dodatak dodatne mase bez promjene volumena na način da krutine ne mogu.
Na primjer, voda postoji u tekućem stanju između 0 Celzijevih stupnjeva i 100 C. Kako se zagrijava od donjeg kraja ovog raspona do višeg kraja, širi se. Odnosno, ista količina mase troši sve više i više volumena s porastom temperature. Kao rezultat, voda postaje manje gusta s porastom temperature.
Sljedeći način na koji tekućine prolaze kroz promjenu gustoće je dodavanje čestica koje se otapaju u tekućini, zvane otopljene tvari. Na primjer, slatka voda sadrži vrlo malo soli (natrijev klorid), dok morska voda sadrži veliku količinu. Kad se sol doda vodi, masa joj se povećava, a volumen, u sve praktične svrhe, ne. To znači da je morska voda gušća od slatke, a da je ona s posebno visokom slanošću (udjelom soli) gušća od tipične morske vode ili morske vode s relativno malo soli, poput one blizu ušća velike slatke vode Rijeka.
Implikacija ovih razlika je u tome što manje gusti materijali vrše niži pritisak prema dolje od gušćih materijala, voda često stvara slojeve na temelju razlika u temperaturi, slanosti ili nekim drugim kombinacija. Na primjer, vodu koja se već nalazi na površini vode zagrijavat će sunce više nego što će je dublja voda, čineći tu površinsku vodu manje gustom i stoga još vjerojatnije da će se zadržati na slojevima vode ispod.
Specifična težina: definicija
Jedinice specifične težine su ne isto kao i za gustoću, koja je masa po jedinici volumena. To je zato što se formula specifične težine malo razlikuje: to je gustoća ispitivanog materijala podijeljena s gustoćom vode. Formalnije, jednadžba specifične težine je:
(masa materijala ÷ volumen materijala) ÷ (masa vode ÷ volumen vode)
Ako se isti spremnik koristi za mjerenje i volumena vode i volumena tvari, onda to volumeni se mogu tretirati kao isti i uračunati iz gornje jednadžbe, ostavljajući formulu za specifičnu težinu kao:
(masa materijala ÷ masa vode)
Budući da su gustoća podijeljena s gustoćom i masa podijeljena s masom bez jedinice, specifična težina je također bez jedinice. To je jednostavno broj.
Masa vode u posudi s fiksnom vodom mijenjat će se s temperaturom vode, koja je u većini slučajeva blizu temperature prostorije u kojoj se nalazi ako neko vrijeme sjedi. Prisjetimo se da gustoća vode opada s temperaturom kako se voda širi. Točnije, voda na temperaturi od 10 C ima gustoću 0,9997 g / ml, dok voda na 20 C ima gustoću 0,9982 g / ml. Voda na 30 C ima gustoću 0,9956 g / ml. Te se razlike od desetinki postotka na površini mogu činiti trivijalnima, ali kad to želite odredite gustoću tvari s velikom preciznošću, zaista morate pribjeći korištenju specifičnih gravitacija.
Povezane jedinice i uvjeti
Specifični volumen, označen sa v (mali "v", a ne brkati s brzinom; kontekst bi ovdje trebao biti od pomoći), pojam je koji se primjenjuje na plinove, a to je volumen plina podijeljen s njegovom masom ili V / m. Ovo je samo recipročna vrijednost gustoće plina. Ovdje su jedinice obično m3/ kg, a ne ml / g, potonje je ono što biste mogli očekivati s obzirom na najčešće jedinice gustoće. Zašto bi to moglo biti? Pa, uzmite u obzir prirodu plinova: Oni su vrlo difuzni i prikupljanje značajne mase od njih nije lako ako se ne može raditi u većim količinama.
Uz to, pojam uzgona povezan je s gustoćom. U prethodnom odjeljku primijećeno je da gušći predmeti vrše veći pritisak prema dolje od manje gustih predmeta. Općenito, to podrazumijeva da će objekt smješten u vodi potonuti ako je njegova gustoća veća od gustoće vode, ali plutati ako je njegova gustoća manja od gustine vode. Kako biste objasnili ponašanje kockica leda na temelju samo onoga što ste ovdje pročitali?
U svakom slučaju, uzgonska sila je sila tekućine na objekt uronjen u tu tekućinu koja se suprotstavlja sili gravitacije koja tjera objekt da potone. Što je tekućina gušća, to će veću poletnu silu vršiti na određeni objekt, što se odražava u manjoj vjerojatnosti da će taj objekt potonuti.