כיצד לקבוע כוח משיכה ספציפי

הידיעה המדויקת על כמות הכמות של חומר נתון כחלק מהערכת תכונותיו הפיזיקליות והכימיות של החומר היא מרכזית במדע. כמויות חשובות - הרבה! אתה בטח חושב "בסדר, בואו נעבור את הדברים הברורים מאליו" בשלב זה, אך שקול את השאלה מה המשמעות של "סכום". אם מישהו שאל אותךכמה מכם יש שם, מה היית אומר לה?

רובנו בוודאי יפרשו את השאלה הזו כ"כמה אתה שוקל? " או אולי "כמה אתה גבוה?" יש, עם זאת, הרבה תשובות סבירות לא פחות. לדוגמא, כמה נפח (נניח, בליטרים) גופך תופס? כמה אטומים או תאים בודדים הוא מכיל?

מסה היא אחת הדרכים לעקוב אחר "דברים" ביקום, והיא מתייחסת לכמה חומר קיים; זה לא תלוי בנפח, שמתאר בפשטות כמויות של שטח תלת מימדי. היחס בין שתי הכמויות הללו, הנקרא צפיפות, מעניין באופן טבעי, וכך מכונה בן דוד קרובכוח משיכה ספציפי. מדידת כוח הכבידה הספציפית כלולה בארגז הכלים בפיזיקה בעיקר כדי להסביר את האופי האוניברסלי של המים, כפי שתלמד בקרוב.

בשלב מסוים, פשוט נגמרות המילים לתיאור מושג, וכך זה גם לגבי החומר. אחת הדרכים לחשוב על חומר היא שמדובר בכל דבר שכוח המשיכה פועל על ידו, ותאורטית תוכל להחזיק כל סוג של חומר עם הידיים אם הידיים שלך היו קטנטנות מספיק, ותראה את זה במו עיניך אם היה לך חזק על טבעי חָזוֹן.

חומר מורכב מאחד או יותראלמנטים, מתוכם 92 מתרחשים בטבע. אלמנטים אינם ניתנים לפירוק לחלקים אחרים ועדיין לשמור על תכונותיהם; היחידה השלמה הקטנה ביותר של אלמנט היאאָטוֹם. נתח גדול של חומר יכול להכיל טריליוני אטומים של יסוד יחיד, כמו קילו זהב טהור. לעתים קרובות יותר, אלמנטים שונים מתאחדים ליצירת תרכובות, כגון מימן (H) וחמצן (O) המשלבים ליצירת מים (H₂O).

מסה ומשקל דומים אך יחידות מידה שונות. מסה פשוט מתארת ​​את כמות החומר הקיימת ללא קשר לגורמים חיצוניים, ויחידת המסה SI (מערכת בינלאומית, או מטרית) היא הקילוגרם (ק"ג). בבעיות פיזיקה הכרוכות בכוח המשיכה הספציפי, משתמשים בגרם (גרם), שהוא 1/1000 קילוגרם.

משקלו של אובייקט תלוי בכוח המשיכה אליו מסתווית המסה שלו, ויש לו יחידות כוח, שבמערכת SI הוא הניוטון (N). על כדור הארץ, ערך זה אינו משתנה באופן מורגש, ולכן משתמשים לעיתים קרובות במסה ובמשקל. אבל על הירח, אם כוח הכבידה פחות חזק, המסה שלך תהיה זהה אך המשקל שלך (מסהMכובד כפולז) יהיה חלש יותר באופן יחסי.

נפח מתייחס לכמות שטח תלת מימדי. זוהי קוביית האורך ויחידת ה- SI היא הליטר (L). ליטר אחד מיוצג על ידי קוביה בגודל 10 ס"מ, או ס"מ (0.1 מטר, או מ ') בצד. סביר להניח שאתה מכיר את בחירת הנפח הזו בדרך כלל בגלל מספר בקבוקי המשקאות 1 ליטר.

כשלעצמו, "נפח" הוא רק מרחב מוגדר מתמטי, אולי ממתין לכיבוש חומר, אולי לא מחכה. אולם כאשר החומר תופס את החלל ההוא, ההשפעות הנובעות מכך יהיו שונות כאשר כמויות שונות של חומר מונחות באותה כמות שטח. אתה יודע זאת באופן אינטואיטיבי; כשאתה סוחב קופסה של אריזת בוטנים ואוויר, התפקיד שלך קל יותר ממה שהיה באותה ארגז שהחזיק משלוח ספרי לימוד רגעים קודמים.

היחס בין מסה לנפח, המכונה גם "מסת החלוקה לפי נפח", נקרא צפיפות. אך היחסים הייחודיים של מים לכל מה שהוזכר עד כה טרם תוארו.

לצפיפות אין יחידה משלה בפיזיקה, והיא לא באמת דורשת אחת, בהתחשב בכך שהיא נגזרת ממנה כמות פיזית בסיסית (מסה) ואחת נגזרת בקלות מזו (בנפח יש יחידות קוביות של אורך). זה מיוצג בדרך כלל על ידי האות היוונית rho, או ρ:

אתה יכול לראות שלצפיפות יש יחידות של ק"ג / ליטר במערכת SI, אך בבעיות פיסיקה, היחידה g / mL משמשת לעתים קרובות. (מכיוון שהאחרון מייצג את הראשון עם המסה וגם הנפח חלקי 1,000, ק"ג / ליטר ו- g / mL שווים למעשה.)

תגלה שלרוב היצורים החיים וחומרים נפוצים רבים המשתתפים בתגובות ביוכימיות יש צפיפויות הדומה לזו של מים; זה נובע מהעובדה שרוב היצורים החיים מורכבים במידה רבה או בעיקר מ- H₂או

חקר זה פגע בעובדה שמים נמצאים בכל מקום לא כדי להפיג את החששות מפני בצורת, אלא בגלל שפיזיקאים וכימאים העלו דרך קלה להסביר שינויים קטנים בצפיפות האותוסוג החומר: כוח משיכה ספציפי, מספר חסר ממד שהוא רק היחס בין צפיפות הנוזל לזה של מים - עם טוויסט.

בהגדרה, 1 מ"ל מים לא מזויפים הם בעלי מסה של 1 גרם. במקור נבחר ליטר להיות כמות המים שהיתה להם מסה של 1 ק"ג בדיוק. הבעיה בכך היא, כפי שלמדו חוקרים מודרניים יותר, כוח המשיכה הספציפי של המים משתנה למעשה עם הטמפרטורה אפילו בטווחים קטנים ויומיומיים (על כך בהמשך). אך בעוד שצפיפות המים כמעט תמיד מעוגלת ל"דיוק "1 למטרות יומיומיות, הדבר אינו למעשה קבוע.

• שים לב שהמילה "כוח משיכה" עלולה לבלבל, מכיוון שכוח המשיכה בפיזיקה כולל יחידות תאוצה והוא אינו תלוי בדיון זה.

לפני שצוללים במלואם לכוח המשיכה הספציפי, הדגמה של חשיבותה ואלגנטיותה של הצפיפות היא בסדר - עיקרון ארכימדס. בפשטות, זה קובע שהכוח הפועל כלפי מעלה (צף) המופעל על גוף השקוע בנוזל (בדרך כלל מים) שווה למשקל הנוזל שנעקר על ידי הגוף:F_ב= w​_f.

זה מסביר מדוע ספינות לרוב חלולות. החומרים המשמשים לייצורם צפופים יותר ממים, כלומר אם דחוסים חומרים אלה ה"ספינה "תעקור את נפחה במים ויש לה משקל מספיק בכדי לגרום לשקיעה. אך אם נפח הספינה גדל על ידי הצבת גוף חלול בבסיסו, הצפיפות הכוללת פוחתת, והספינה נותרת צפה.

המכשיר משמש לרוב לקביעת כוח המשיכה הספציפי של נוזל כאשר ערכו אינו ידוע נקרא aהִידרוֹמֶטֶר. אלה מגיעים במספר צורות, אך המבנה הבסיסי הוא צינור המשוקלל בתחתית כך שהוא ישקע עד לנקודה מסוימת בנוזל הבדיקה, אשר מונח בגליל מדורג למדידה כרך.

מתוך ידיעת נפח הנוזל הצינור המשוקלל נעקר ומשקל החלק השקוע, יחד עם טמפרטורת החדר עד לקבוע את הצפיפות האמיתית של מים בתנאים אלה, ניתן לקבוע את צפיפות וכוח המשיכה הספציפי של ארכימדס עִקָרוֹן.

מבט על הגרף במשאבים מגלה כי כוח המשיכה הספציפי של מים נותר קרוב מאוד ל -1,000 בטווח של 0 עד 10 מעלות צלזיוס, אך לאחר מכן הוא יורד בקצב קבוע פחות או יותר לכ- 0.960 כאשר הטמפרטורה מתקרבת לנקודת הרתיחה של מים 100 ג. כאשר חומרים כמו תרופות נמדדים ומוכנים לעיתים קרובות במיקרו-גרמים, חיוני להיות מסוגל להסביר בפועל את ההבדלים הטריוויאליים לכאורה.