Come determinare la gravità specifica

Sapere esattamente quale quantità di una determinata sostanza è presente come parte della valutazione delle proprietà fisiche e chimiche di quella sostanza è fondamentale per la scienza. Le quantità contano - molto! Probabilmente stai pensando: "Ok, andiamo oltre le cose ovvie" a questo punto, ma considera la domanda su cosa significhi "importo". Se qualcuno te lo chiedessequanto di voi c'è?, cosa le diresti?

La maggior parte di noi probabilmente interpreterebbe questa domanda come "Quanto pesi?" o forse "Quanto sei alto?" Ci sono, tuttavia, molte risposte ugualmente plausibili. Ad esempio, quanto volume (diciamo, in litri) occupa il tuo corpo? Quanti singoli atomi o cellule contiene?

La massa è un modo per tenere traccia della "roba" nell'universo e si riferisce a quanta materia è presente; questo è indipendente dal volume, che descrive semplicemente quantità di spazio tridimensionale. Il rapporto di queste due quantità, chiamato densità, è naturalmente interessante, così come un parente stretto, chiamato term

Ad un certo punto, si esauriscono semplicemente le parole per descrivere un concetto, e così è con la materia. Un modo di pensare alla materia è che è qualsiasi cosa su cui agisce la gravità, e in teoria potresti contenere qualsiasi tipo di materia con le tue mani se le tue mani erano abbastanza piccole, e guardalo con i tuoi occhi se avessi un potere soprannaturale visione.

La materia consiste di uno o piùelementi, di cui 92 in natura. Gli elementi non possono essere ulteriormente scomposti in altre parti e conservano ancora le loro proprietà; la più piccola unità completa di un elemento è anatomo. Un grosso pezzo di materia può essere costituito da trilioni di atomi di un singolo elemento, come una libbra di oro puro. Più spesso, elementi diversi si combinano per formare composti, come l'idrogeno (H) e l'ossigeno (O) che si combinano per formare l'acqua (H₂O).

Massa e peso sono unità di misura simili ma distinte. La massa descrive semplicemente la quantità di materia presente indipendentemente da fattori esterni e l'unità di massa SI (sistema internazionale o metrica) è il chilogrammo (kg). Nei problemi di fisica che coinvolgono il peso specifico, viene utilizzato il grammo (g), che è 1/1.000 di chilogrammo.

Il peso di un oggetto dipende dalla gravità a cui è soggetta la sua massa, e ha unità di forza, che nel sistema SI è il newton (N). Sulla Terra, questo valore non cambia in modo percettibile, quindi massa e peso sono spesso usati in modo intercambiabile. Ma sulla luna, se la gravità fosse meno forte, la tua massa sarebbe la stessa ma il tuo peso (massamvolte la gravitàg) sarebbe proporzionalmente più debole.

Il volume si riferisce a una quantità di spazio tridimensionale. È il cubo della lunghezza e l'unità SI è il litro (L). Un litro è rappresentato da un cubo di 10 centimetri o cm (0,1 metri o m) di lato. Probabilmente hai familiarità con questa selezione di volumi in generale a causa del numero di bottiglie per bevande da 1 litro prodotte.

Di per sé, il "volume" è solo uno spazio matematicamente definito, forse in attesa di essere occupato dalla materia, forse non in attesa. Quando la materia occupa quello spazio, tuttavia, gli effetti risultanti saranno diversi, quando diverse quantità di materia vengono collocate in quella stessa quantità di spazio. Lo sai intuitivamente; quando porti in giro una scatola di noccioline da imballare e aria, il tuo lavoro è più facile di quando la stessa scatola conteneva una spedizione di libri di testo pochi istanti prima.

Il rapporto tra massa e volume, altrimenti noto come "la divisione massa per volume", è chiamato densità. Ma il rapporto unico dell'acqua con tutto ciò che è stato menzionato finora deve ancora essere descritto.

La densità non ha una sua unità in fisica, non ne ha proprio bisogno, dato che è derivata da una grandezza fisica fondamentale (massa) e una facilmente derivabile da un'altra (il volume ha unità al cubo di lunghezza). Normalmente è rappresentato dalla lettera greca rho, o ρ:

Puoi vedere che la densità ha unità di kg/L nel sistema SI, ma nei problemi di fisica, viene spesso impiegata l'unità g/mL. (Poiché quest'ultimo rappresenta il primo con la massa e il volume divisi per 1.000, kg/L e g/mL sono effettivamente equivalenti.)

Scoprirai che la maggior parte degli esseri viventi e molte sostanze comuni che partecipano alle reazioni biochimiche hanno densità simili a quelle dell'acqua; ciò deriva dal fatto che la maggior parte degli esseri viventi consiste in gran parte o principalmente di H₂O.

Questa esplorazione ha messo a dura prova il fatto che l'acqua è ovunque non per dissipare i timori di una siccità, ma perché fisici e chimici hanno trovato un modo semplice per spiegare piccoli cambiamenti nella densità di density ilstessotipo di materia: gravità specifica, un numero adimensionale che è solo il rapporto tra la densità di quel fluido e quella dell'acqua, con una torsione.

Per definizione, 1 ml di acqua pura ha una massa di 1 g. Un litro è stato originariamente scelto per essere la quantità di acqua che aveva una massa di esattamente 1 kg. Il problema è che, come hanno appreso i ricercatori più moderni, il peso specifico dell'acqua varia effettivamente con la temperatura anche su intervalli piccoli e quotidiani (ne parleremo più avanti). Ma mentre la densità dell'acqua è quasi sempre semplicemente arrotondata a "esattamente" 1 per scopi quotidiani, questa non è in realtà una costante.

• Nota che la parola "gravità" può essere fonte di confusione, poiché la gravità in fisica ha unità di accelerazione ed è indipendente da questa discussione.

Prima di immergersi completamente nel peso specifico, è d'obbligo una dimostrazione dell'importanza e dell'eleganza della densità: principio di Archimede. Semplicemente, questo afferma che la forza che agisce verso l'alto (galleggiante) esercitata su un corpo immerso in un fluido (solitamente acqua) è uguale al peso del fluido spostato dal corpo:F_B=w​_f.

Questo spiega perché le navi sono per lo più vuote. I materiali utilizzati per realizzarli sono più densi dell'acqua, il che significa che se questi materiali fossero compressi, la "nave" sposterebbe il proprio volume in acqua e avrebbe un peso sufficiente per farla affondare. Ma se il volume della nave viene aumentato mettendo uno scafo cavo alla sua base, la densità complessiva diminuisce e la nave rimane a galla.

Il dispositivo più spesso utilizzato per determinare il peso specifico di un fluido quando il suo valore è sconosciuto è chiamato aidrometro. Questi sono disponibili in diverse forme, ma il costrutto di base è un tubo appesantito sul fondo in modo che sia affonderà fino a un certo punto nel fluido di prova, che riposa in un cilindro graduato per misurare volume.

Dal conoscere il volume del fluido si sposta il tubo pesato e il peso della porzione immersa, insieme alla temperatura della stanza a determinare la vera densità dell'acqua in queste condizioni, la densità e il peso specifico del fluido possono essere determinati da Archimede principio.

Uno sguardo al grafico nelle Risorse rivela che il peso specifico dell'acqua rimane molto vicino a 1.000 nell'intervallo da 0 a 10 gradi Celsius, ma poi diminuisce a una velocità più o meno costante fino a circa 0,960 quando la temperatura si avvicina al punto di ebollizione dell'acqua di 100 C. Quando sostanze come i farmaci vengono spesso misurate e preparate in microgrammi, è fondamentale essere in grado di tenere conto in pratica di tali differenze apparentemente banali.