Fai finta di essere un alieno che è appena atterrato qui da un pianeta lontano e ha scoperto i terrestri che discutono di un concetto chiamato peso specifico. Se avessi accesso a un tipico dizionario della Terra (e se hai viaggiato per molte migliaia di miliardi di miglia per arrivare qui, probabilmente ti sei preso il tempo di rivedere le lingue locali e dogana) e ha cercato ciascuna di queste parole in modo indipendente, sarebbe giusto da parte tua presumere che avesse qualcosa a che fare con un particolare tipo di attrazione da parte di un oggetto massiccio.
Invece, impareresti presto, il termine ha molto più a che fare con la quantità familiare chiamata densità che non ha a che fare con la gravità, sebbene ci sia una connessione non banale. La ragione per cui il termine esiste anche nella scienza fisica è a causa dell'enorme gamma di applicazioni di quell'unica risorsa liquida che è al tempo stesso più abbondante e più vitale di qualsiasi altra su Terra: acqua.
Massa e volume definiti
Massa (abbreviato m nelle equazioni fisiche) è una grandezza fondamentale in fisica che denota l'esistenza della materia. Un modo di considerare la materia è che possiede inerzia; un altro è che la gravità agisce per accelerare le masse, ma non i fotoni senza massa, o "pacchetti" di luce (fa un un pochino, ma questo è davvero evidente solo in prossimità dei buchi neri, dove ci sono effetti relativistici importante). L'unità SI (metrica) è il chilogrammo (kg).
Volume (V) rappresenta una quantità di spazio tridimensionale chiuso in forma regolare o irregolare. Si basa sull'unità fondamentale di lunghezza, il metro (m). Poiché sono necessarie tre dimensioni, la corrispondente unità standard di volume è metri cubi (m3).
massa contro Peso
Hai appena imparato che la gravità influisce sulle masse. Quando ciò accade, crea una forza, che sulla Terra viene chiamata peso. Il valore dell'accelerazione di gravità g sulla superficie terrestre è 9,8 m/s2, quindi una massa di 10 kg avrebbe un peso di 10 kg × 9,8 m/s2 = 98 kg m/s2. Questa unità è chiamata a newton (N).
Quando pesi un oggetto, restituisce un numero in libbre o chilogrammi, che rappresentare unità di peso. In realtà, la bilancia sta misurando il peso del numero visualizzato di chilogrammi sulla Terra ma dicendoti il risultato come massa. Cioè, la distinzione massa-peso è presa in considerazione nella costruzione delle bilance terrestri di tutti i giorni.
Densità e peso specifico
Densità (denotato da ρ, la lettera greca rho) è semplicemente volume diviso in massa, con le unità corrispondenti. Nei simboli:
= \frac{m}{V}
È importante sottolineare che l'unità di massa è stata originariamente scelta per corrispondere a quanto di essa era posseduta da un volume di 1 L (1.000 ml, o equivalentemente, 1.000 centimetri cubi) di acqua. Nota che 1 L è solo 1/1000 di m3, quindi quest'ultima unità, sebbene "standard", non viene utilizzata frequentemente negli esperimenti di laboratorio. Quindi 1 kg di acqua = "esattamente" 1 L di volume.
Il problema è che la densità dell'acqua fluttua leggermente nell'intervallo di temperature tra lo zero e l'ebollizione, quindi questo valore non è infatti costante ed è solo molto vicino a 1.000.
Conversione da densità a gravità specifica
La gravità specifica (SG) è molto più semplice di quanto tu e i tuoi amici alieni vi aspettaste: è solo il rapporto tra la densità di un dato oggetto e la densità dell'acqua a una temperatura specifica. Il peso specifico non ha unità. La sua utilità risiede nel fatto che la densità di alcuni oggetti cambia con la temperatura in modo diverso rispetto all'acqua, quindi l'uso di SG consente un piccolo fattore di correzione.
Esempio: Supponi di avere un campione di ferro, che ha una densità indicata di 7.850 kg/m3. Qual è il peso specifico del ferro in un ambiente in cui ρacqua = 997 kg/m3?
Per risolvere basta dividere 7.850 kg/m3 di 997 kg/m3 ottenere:
\begin{allineato} SG &= \frac{7850 \text{ kg/m}^3}{997 \text{ kg/m}^3} \\ &= 7873 \end{allineato}
Al contrario, se hai bisogno di un calcolatore da peso specifico a densità, puoi semplicemente moltiplicare il peso specifico per la densità dell'acqua alla temperatura pertinente. Quindi ora, se ti viene mai chiesto di calcolare la densità dal peso specifico, il tuo viaggio intergalattico è valso la pena!