Bagaimana Memecahkan Gravitasi Spesifik

"Gravitasi spesifik", di wajahnya, adalah istilah yang agak menyesatkan. Ini tidak ada hubungannya dengan gravitasi, yang jelas merupakan konsep yang sangat diperlukan dalam berbagai masalah dan aplikasi fisika. Sebaliknya, ini berkaitan dengan jumlah materi (massa) zat tertentu dalam volume tertentu, bertentangan dengan standar zat yang mungkin paling vital dan ada di mana-mana yang dikenal umat manusia – air.

Sedangkan berat jenis tidak secara eksplisit menggunakan nilai gaya berat bumi (yang sering disebut sebagai gaya, tetapi sebenarnya memiliki satuan percepatan dalam fisika – 9,8 meter per detik per detik di permukaan planet, tepatnya), gravitasi merupakan pertimbangan tidak langsung karena benda-benda yang "lebih berat" memiliki nilai gravitasi spesifik yang lebih tinggi daripada benda-benda yang "lebih ringan". Tapi apa arti kata-kata seperti "berat" dan "ringan"? pengertian formal? Nah, itulah gunanya fisika.

Pertama, berat jenis sangat erat kaitannya dengan kepadatan, dan istilah ini sering digunakan secara bergantian. Seperti banyak konsep dalam dunia sains, ini secara umum dapat diterima, tetapi ketika mempertimbangkan efek perubahan kecil dalam arti dan kuantitas pada dunia fisik, itu tidak dapat diabaikan perbedaan.

Kepadatan hanyalah massa dibagi volume, titik penuh. Jika Anda diberi nilai untuk massa sesuatu dan Anda tahu berapa banyak ruang yang dibutuhkan, Anda dapat segera menghitung kepadatannya. (Bahkan di sini, masalah jelatang dapat muncul. Perhitungan ini mengasumsikan bahwa bahan memiliki komposisi yang seragam di seluruh massa dan volumenya dan oleh karena itu kerapatannya seragam. Jika tidak, semua yang Anda hitung adalah kepadatan rata-rata, yang mungkin atau mungkin tidak sesuai untuk persyaratan masalah yang dihadapi.)

Tentu saja, ada baiknya memiliki angka yang masuk akal saat Anda selesai menghitung – angka yang biasa digunakan. Jadi, jika Anda memiliki massa sesuatu dalam ons dan volume dalam mikroliter, katakanlah, membagi massa dengan volume untuk mendapatkan kepadatan membuat Anda memiliki satuan ons per mikroliter yang sangat canggung. Alih-alih, bidik salah satu unit umum, seperti g/ml, atau gram per mililiter (yang sama dengan g/cm³, atau gram per sentimeter kubik). Menurut definisi aslinya, 1 ml air murni memiliki massa yang sangat, sangat mendekati 1 g, sangat dekat sehingga kerapatan air hampir selalu dibulatkan menjadi "tepat" 1 untuk keperluan sehari-hari; ini membuat g/ml menjadi unit yang sangat berguna, dan ini berperan dalam gravitasi spesifik.

Kepadatan zat jarang konstan. Hal ini terutama berlaku untuk cairan dan gas (yaitu, cairan), yang lebih sensitif terhadap perubahan suhu daripada padatan. Cairan dan gas juga mengakomodasi penambahan massa ekstra tanpa perubahan volume dengan cara yang tidak dapat dilakukan padatan.

Misalnya, air ada dalam keadaan cair antara 0 derajat Celcius dan 100 C. Saat menghangat dari ujung bawah kisaran ini ke ujung yang lebih tinggi, ia mengembang. Artinya, jumlah massa yang sama mengkonsumsi lebih banyak dan lebih banyak volume dengan kenaikan suhu. Akibatnya, air menjadi kurang padat dengan meningkatnya suhu.

Cara lain di mana cairan mengalami perubahan kerapatan adalah penambahan partikel yang larut dalam cairan, yang disebut zat terlarut. Misalnya, air tawar mengandung sangat sedikit garam (natrium klorida), sedangkan air laut terkenal mengandung banyak garam. Ketika garam ditambahkan ke air, massanya meningkat sementara volumenya, untuk semua tujuan praktis, tidak. Ini berarti bahwa air laut lebih padat daripada air tawar, dan bahwa air laut dengan salinitas (kandungan garam) yang sangat tinggi adalah lebih padat daripada air laut biasa atau air laut dengan garam yang relatif sedikit, seperti di dekat muara air tawar utama sungai.

Implikasi dari perbedaan ini adalah, karena bahan yang kurang rapat memberikan tekanan ke bawah dalam jumlah yang lebih rendah daripada bahan yang lebih padat, air sering kali membentuk lapisan berdasarkan perbedaan suhu, salinitas, atau lainnya kombinasi. Misalnya, air yang sudah dekat permukaan air akan dipanaskan oleh matahari lebih dari air yang lebih dalam, membuat air permukaan itu kurang padat dan karena itu lebih mungkin untuk tetap berada di atas lapisan air di bawah.

Satuan berat jenis adalah tidak sama dengan densitas, yaitu massa per satuan volume. Ini karena rumus berat jenis sedikit berbeda: Ini adalah massa jenis bahan yang dipelajari dibagi dengan massa jenis air. Secara lebih formal, persamaan berat jenis adalah:

(massa bahan volume bahan) (massa air volume air)

Jika wadah yang sama digunakan untuk mengukur volume air dan volume zat, maka: volume dapat diperlakukan sama dan difaktorkan dari persamaan di atas, meninggalkan rumus untuk berat jenis sebagai:

(massa bahan massa air)

Karena densitas dibagi densitas dan massa dibagi massa keduanya tidak memiliki satuan, maka berat jenis juga tidak memiliki satuan. Ini hanyalah sebuah angka.

Massa air dalam wadah berisi air tetap akan berubah sesuai dengan suhu air, yang dalam banyak kasus mendekati suhu ruangan jika didiamkan selama beberapa waktu. Ingat bahwa kerapatan air turun dengan suhu saat air memuai. Secara khusus, air pada suhu 10 C memiliki massa jenis 0,9997 g/ml, sedangkan air pada suhu 20 C memiliki massa jenis 0,9982 g/ml. Air pada suhu 30 C memiliki massa jenis 0,9956 g/ml. Perbedaan sepersepuluh persen ini mungkin tampak sepele di permukaan, tetapi ketika Anda ingin menentukan kepadatan suatu zat dengan sangat presisi, Anda benar-benar harus menggunakan spesifik gravitasi.

Volume spesifik, dilambangkan dengan v ("v" kecil, dan jangan bingung dengan kecepatan; konteks harus membantu di sini), adalah istilah yang diterapkan untuk gas, dan itu adalah volume gas dibagi dengan massanya, atau V/m. Ini hanyalah kebalikan dari kerapatan gas. Satuan di sini biasanya m³/kg daripada ml/g, yang terakhir adalah apa yang mungkin Anda harapkan mengingat unit kerapatan yang paling umum. Mengapa ini bisa terjadi? Nah, pertimbangkan sifat gas: Mereka sangat menyebar, dan mengumpulkan massa yang signifikan tidak mudah kecuali seseorang mampu menangani volume yang lebih besar.

Selain itu, konsep daya apung terkait dengan kepadatan. Pada bagian sebelumnya, telah dicatat bahwa benda yang lebih rapat memberikan lebih banyak tekanan ke bawah daripada benda yang kurang rapat. Secara lebih umum, ini menyiratkan bahwa sebuah benda yang ditempatkan di air akan tenggelam jika massa jenisnya lebih besar dari air, tetapi mengapung jika massa jenisnya lebih kecil dari air. Bagaimana Anda menjelaskan perilaku es batu, hanya berdasarkan apa yang Anda baca di sini?

Bagaimanapun, gaya apung adalah gaya fluida pada benda yang terendam dalam fluida itu yang melawan gaya gravitasi yang memaksa benda itu tenggelam. Semakin padat suatu cairan, semakin besar gaya apung yang akan diberikannya pada benda tertentu, tercermin dalam kemungkinan benda tenggelam yang lebih rendah.