Hogyan lehet megoldani a fajsúlyt

A "fajsúly" önmagában kissé félrevezető kifejezés. Kevés köze van a gravitációhoz, amely nyilvánvalóan nélkülözhetetlen fogalom egy sor fizikai problémában és alkalmazásban. Ehelyett egy adott anyag anyagmennyiségére (tömegére) vonatkozik egy adott térfogaton belül, szemben áll az emberiség által talán leglényegesebb és mindenütt jelenlévő anyag mércéjével - víz.

Míg a fajsúly ​​nem kifejezetten használja a Föld gravitációjának értékét (amelyet gyakran erőnek neveznek, de valójában gyorsulás a fizikában - egészen pontosan 9,8 méter másodpercenként másodpercenként a bolygó felszínén), a gravitáció közvetett szempont, mert a "nehezebb" dolgoknak nagyobb a fajsúly-értéke, mint a "könnyebbeknek". De mit is jelentenek az olyan szavak, mint a "nehéz" és a "könnyű" a formális értelem? Nos, erre szolgál a fizika.

Először is, a fajsúly ​​nagyon szorosan kapcsolódik a sűrűséghez, és a kifejezéseket gyakran felcserélhető módon használják. Mint a tudomány világában sok fogalommal, ez általában elfogadható, de ha figyelembe vesszük a A jelentés és a mennyiség kis változásainak a fizikai világra gyakorolt ​​hatása nem elhanyagolható különbség.

A sűrűség egyszerűen tömeg osztva térfogattal, teljes pont. Ha értéket kap valaminek a tömegére, és tudja, mekkora helyet foglal el, akkor azonnal kiszámíthatja annak sűrűségét. (Még itt is felmerülhetnek csalódásos problémák. Ez a számítás azt feltételezi, hogy az anyag tömegében és térfogatában egyenletes összetételű, és ezért sűrűsége egyenletes. Ellenkező esetben csak egy átlagos sűrűséget kalkulál, amely lehet, vagy nem megfelelő az adott probléma követelményeinek megfelelően.)

Természetesen segít, ha van egy szám, amelynek akkor van értelme, ha végigmegy a számításon - amelyet gyakran használnak. Tehát, ha valaminek a tömege unciában van, és a térfogata mikroliterekben van, mondjuk, ha a tömeget térfogatra osztjuk a sűrűség elérése érdekében, akkor nagyon kellemetlen uncia uncia / mikroliter marad. Ehelyett törekedjen a közös egységek egyikére, például g / ml vagy gramm / milliliter (ami ugyanaz, mint g / cm³, vagy gramm / köbcentiméter). Eredeti meghatározás szerint 1 ml tiszta víz tömege nagyon-nagyon közel 1 g, olyan közel, hogy a víz sűrűségét a mindennapi célokra szinte mindig "pontosan" 1-re kerekítik; ez teszi a g / ml-t különösen praktikus egységgé, és fajsúlyban játszik szerepet.

Az anyagok sűrűsége ritkán állandó. Különösen igaz ez a folyadékokra és gázokra (vagyis folyadékokra), amelyek érzékenyebbek a hőmérséklet változásaira, mint a szilárd anyagok. A folyadékok és gázok extra tömeg hozzáadását is lehetővé teszik, térfogat-változás nélkül, oly módon, hogy a szilárd anyagok nem.

Például a víz folyékony állapotában 0 Celsius fok és 100 C között van. Amint ennek a tartománynak az alsó végétől a felső végéig melegszik, tágul. Vagyis azonos mennyiségű tömeg egyre nagyobb mennyiséget fogyaszt a hőmérséklet emelkedésével. Ennek eredményeként a víz a hőmérséklet növekedésével kevésbé sűrűvé válik.

A folyadékok sűrűségváltozásának másik módja a folyadékban oldódó részecskék hozzáadása, úgynevezett oldott anyag. Például az édesvíz nagyon kevés sót (nátrium-kloridot) tartalmaz, míg a tengervíz híresen sokat tartalmaz. Ha sót adunk a vízhez, annak tömege nő, míg térfogata, minden gyakorlati célból, nem. Ez azt jelenti, hogy a tengervíz sűrűbb, mint az édesvíz, és a különösen magas sótartalmú (sótartalmú) tengervíz sűrűbb, mint a tipikus tengervíz vagy viszonylag kevés sót tartalmazó tengervíz, például egy nagyobb édesvíz torkolata közelében folyó.

Ezeknek a különbségeknek az a következménye, hogy mivel a kevésbé sűrű anyagok alacsonyabb lefelé irányuló nyomást gyakorolnak mint a sűrűbb anyagoknál, a víz gyakran képez rétegeket a hőmérséklet, a sótartalom vagy néhány különbség alapján kombináció. Például a már a víz felszíne közelében lévő vizet a nap jobban melegíti, mint a mélyebb vizet, így a felszíni víz kevésbé sűrűvé válik, és ezért még valószínűbb, hogy a vízrétegek tetején marad alatt.

A fajlagos súlyegységek nem ugyanaz, mint a sűrűségnél, amely a térfogategységre eső tömeg. A fajlagos képlet ugyanis némileg eltér: Ez a vizsgált anyag sűrűsége osztva a víz sűrűségével. Formálisabban a fajlagos súlyegyenlet:

(anyag tömege ÷ anyag térfogata) ÷ (víz tömege ÷ víz térfogata)

Ha ugyanazt a tartályt használják a víz és az anyag térfogatának mérésére, akkor ezeket a térfogatok azonosakként kezelhetők, és a fenti egyenletből kiszámítva a fajlagos tömeg képletét hagyjuk meg mint:

(anyag tömege ÷ víz tömege)

Mivel a sűrűség osztva a sűrűséggel és a tömeg tömegre osztva egyaránt egység nélküli, a fajsúly ​​is egységtelen. Ez egyszerűen egy szám.

A rögzített vizet tartalmazó tartályban lévő víz tömege változik a víz hőmérsékletével, amely a legtöbb esetben megközelíti annak a helyiségnek a hőmérsékletét, amelyben van, ha egy ideig ül. Emlékezzünk vissza, hogy a víz sűrűsége a víz sűrűségével csökken a vízzel. Pontosabban, a 10 C hőmérsékletű víz sűrűsége 0,9997 g / ml, míg a 20 C hőmérsékletű víz sűrűsége 0,9982 g / ml. 30 C hőmérsékletű víz sűrűsége 0,9956 g / ml. Ezek a tizedszázalékos különbségek a felszínen triviálisnak tűnhetnek, de amikor akarod nagy pontossággal meghatározhatja az anyag sűrűségét, akkor valóban a specifikus anyag használatához kell folyamodnia gravitáció.

Fajlagos kötet, amelyet v (kicsi "v", és nem tévesztendő össze a sebességgel; a kontextusnak itt segítségnek kell lennie), ez a kifejezés a gázokra vonatkozik, és ez a gáz térfogata osztva annak tömegével vagy V / m. Ez pusztán a gáz sűrűségének reciprokja. Az egységek itt általában m³ml / g helyett / kg, ez utóbbi az, amire számíthat a leggyakoribb sűrűségegységre tekintettel. Miért lehet ez? Nos, vegye figyelembe a gázok jellegét: nagyon diffúzak, és ennek jelentős tömegét nem könnyű összegyűjteni, hacsak nem képes nagyobb mennyiségben elbánni.

Ezenkívül a felhajtóerő fogalma összefügg a sűrűséggel. Egy előző szakaszban megjegyezték, hogy a sűrűbb tárgyak nagyobb lefelé irányuló nyomást gyakorolnak, mint a kevésbé sűrű tárgyak. Általánosabban ez azt jelenti, hogy a vízbe helyezett tárgy elsüllyed, ha a sűrűsége nagyobb, mint a vízé, de lebeg, ha a sűrűsége kisebb, mint a vízé. Hogyan magyarázná meg a jégkockák viselkedését, csak az itt olvashatók alapján?

Mindenesetre a felhajtó erő a folyadéknak az a folyadékba merülő tárgyra gyakorolt ​​ereje, amely megszámolja a gravitációs erőt, amely az objektumot süllyedésre kényszeríti. Minél sűrűbb egy folyadék, annál nagyobb a felhajtó erő, amelyet egy adott tárgyra gyakorol, tükrözve a tárgy alacsonyabb süllyedési valószínűségét.