"כוח משיכה ספציפי" הוא, על פניו, מונח מטעה במקצת. זה לא קשור לכוח המשיכה, שהוא כמובן מושג הכרחי במגוון בעיות ויישומים בפיזיקה. במקום זאת, זה מתייחס לכמות החומר (המסה) של חומר ספציפי בנפח נתון, כנגד הסטנדרט של החומר החיוני והנמצא בכל מקום הידוע לאנושות - מים.
בעוד שכוח המשיכה הספציפי אינו משתמש במפורש בערך כוח הכבידה של כדור הארץ (המכונה לעיתים קרובות כוח, אך למעשה יש יחידות של האצה בפיזיקה - 9.8 מטר לשנייה לשנייה על פני כדור הארץ, ליתר דיוק), כוח המשיכה הוא שיקול עקיף מכיוון לדברים ש"כבדים "יש ערכים כבדים ספציפיים גבוהים יותר מאשר לדברים שהם" קלים יותר ". אבל מה פירושן של מילים כמו "כבד" ו"קליל " החוש הפורמלי? ובכן, לשם כך נועדה הפיזיקה.
צפיפות: הגדרה
ראשית, כוח המשיכה הספציפי קשור מאוד לצפיפות, ולעתים קרובות משתמשים במונחים זה בזה. כמו בהרבה מושגים בעולם המדע, זה בדרך כלל מקובל, אבל כשבוחנים את ההשפעה שיש לשינויים קטנים במשמעות ובכמויות על העולם הפיזי, זה לא זניח הֶבדֵל.
צפיפות היא פשוט המסה מחולקת לפי נפח, נקודה עצמאית. אם נותנים לך ערך עבור המסה של משהו ואתה יודע כמה מקום הוא תופס, אתה יכול לחשב מיד את הצפיפות שלו. (גם כאן עלולות להיווצר בעיות סרפדניות. חישוב זה מניח שלחומר יש קומפוזיציות אחידות לאורך כל מסתו ונפחו וכי צפיפותו אחידה. אחרת, כל מה שאתה מחשב הוא צפיפות ממוצעת, שעשויה להיות בסדר לדרישות הבעיה.)
כמובן, זה עוזר לקבל מספר הגיוני כשאתה מסיים את החישוב שלך - כזה שנמצא בשימוש נפוץ. אז אם יש לך את המסה של משהו באונקיות ואת הנפח במיקרוליטרים, נניח, אם מחלקים את המסה בנפח כדי לקבל צפיפות משאירים אותך עם יחידות מביכות מאוד של אונקיות למיקרוליטר. במקום זאת, כוון לאחת מהיחידות הנפוצות, כמו גרם / מ"ל, או גרם למיליליטר (שזה אותו הדבר כמו גרם / ס"מ3, או גרם לס"מ מעוקב). על פי ההגדרה המקורית, 1 מ"ל מים טהורים הם בעלי מסה של קרוב מאוד ל -1 גרם, כל כך קרוב שצפיפות המים כמעט תמיד מעוגלת ל"דיוק "1 למטרות יומיומיות; זה הופך את ה- g / ml ליחידה שימושית במיוחד, והיא נכנסת לשחק בכוח המשיכה הספציפי.
גורמים המשפיעים על צפיפות
צפיפות החומרים לעיתים נדירות קבועה. זה נכון במיוחד בנוזלים וגזים (כלומר נוזלים), שרגישים יותר לשינויים בטמפרטורה מאשר למוצקים. נוזלים וגזים מכילים גם תוספת של מסה נוספת ללא שינוי בנפח באופן שמוצקים אינם יכולים.
לדוגמא, מים קיימים במצבם הנוזלי בין 0 מעלות צלזיוס ל- 100 צלזיוס. כשהוא מתחמם מהקצה התחתון של הטווח הזה לקצה הגבוה יותר, הוא מתרחב. כלומר, אותה כמות מסה צורכת יותר ויותר נפח עם עליית הטמפרטורה. כתוצאה מכך, המים הופכים פחות צפופים עם עליית הטמפרטורה.
דרך נוספת בה נוזלים עוברים שינויים בצפיפות היא תוספת של חלקיקים המתמוססים בנוזל, הנקראים מומסים. לדוגמא, מים מתוקים מכילים מעט מאוד מלח (נתרן כלורי), בעוד שמי ים מכילים מפורסם הרבה מהם. כאשר מוסיפים מלח למים, מסתו גדלה ואילו נפחו, לכל המטרות המעשיות, אינו עולה. משמעות הדבר היא כי מי ים צפופים יותר ממים מתוקים, וכי מי ים עם מליחות גבוהה במיוחד (תכולת מלח) הם צפופים יותר ממי ים טיפוסיים או מי ים עם מעט מלח יחסית, כמו למשל ליד הפה של מים מתוקים גדולים נהר.
המשמעות של הבדלים אלה היא כי מכיוון שחומרים פחות צפופים מפעילים לחץ נמוך יותר כלפי מטה מאשר חומרים צפופים יותר, מים יוצרים לרוב שכבות על בסיס הבדלים בטמפרטורה, במליחות או בחלקם קוֹמבִּינַצִיָה. לדוגמה, מים שכבר נמצאים בקרבת פני המים יחוממו על ידי השמש יותר מאשר מים עמוקים יותר, מה שהופך את מי השטח פחות צפופים ולכן נוטים עוד יותר לשמור על שכבות המים תַחַת.
כוח משיכה ספציפי: הגדרה
יחידות כוח המשיכה הספציפיות הן לֹא זהה לצפיפות, שהיא מסה ליחידת נפח. זאת מכיוון שנוסחת הכבידה הספציפית שונה במקצת: זוהי צפיפות החומר הנחקר חלקי צפיפות המים. באופן רשמי יותר, משוואת הכבידה הספציפית היא:
(מסה של חומר ÷ נפח חומר) ÷ (מסה של מים ÷ נפח מים)
אם משתמשים במיכל זה כדי למדוד גם את נפח המים וגם את נפח החומר, אז אלה ניתן להתייחס לנפחים כמו זהים ולמחשב מחוץ למשוואה לעיל, ומשאירים את הנוסחה לכוח המשיכה הסגולי כפי ש:
(מסת החומר ÷ מסת המים)
מכיוון שצפיפות מחולקת על ידי צפיפות ומסה מחולקת על ידי מסה הן ללא יחידות, כוח המשיכה הסגולי הוא גם ללא יחידות. זה פשוט מספר.
מסת המים במיכל מים קבועים תשתנה עם טמפרטורת המים, שברוב המקרים היא קרובה לטמפרטורת החדר בו הוא נמצא אם הוא יושב זמן מה. נזכיר כי צפיפות המים יורדת עם הטמפרטורה ככל שהמים מתרחבים. באופן ספציפי, מים בטמפרטורה של 10 צלזיוס יש צפיפות של 0.9997 גרם / מ"ל, ואילו מים על 20 צלזיוס יש צפיפות של 0.9982 גרם / מ"ל. מים בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס הם 0.9956 גרם / מ"ל. ההבדלים האלה של עשיריות האחוזים עשויים להיראות טריוויאליים על פני השטח, אבל כשאתה רוצה לקבוע את צפיפות החומר בדיוק רב, אתה באמת צריך לנקוט באמצעות ספציפי כוח משיכה.
יחידות ותנאים קשורים
נפח ספציפי, מסומן על ידי v ("v" קטן, ואין להתבלבל עם מהירות; ההקשר צריך להיות לעזר כאן), הוא מונח המופעל על גזים, והוא נפח הגז חלקי המסה שלו, או V / m. זה רק הדדי בצפיפות הגז. היחידות כאן הן בדרך כלל מ '3/ ק"ג ולא מ"ל / גרם, האחרון הוא מה שאתה יכול לצפות בהתחשב ביחידת הצפיפות הנפוצה ביותר. מדוע זה יכול להיות? ובכן, קחו בחשבון את אופי הגזים: הם מפוזרים מאוד, ואיסוף מסה משמעותי מהם אינו קל אלא אם כן אדם מסוגל להתמודד בכמויות גדולות יותר.
בנוסף, מושג הציפה קשור לצפיפות. בחלק הקודם צוין כי עצמים צפופים יותר מפעילים לחץ יותר כלפי מטה מאשר חפצים פחות צפופים. באופן כללי יותר, זה מרמז על כך שאובייקט המונח במים ישקע אם צפיפותו גדולה מזו של מים, אך יצוף אם צפיפותו קטנה מזו של מים. איך תסביר את ההתנהגות של קוביות קרח, רק על סמך מה שקראת כאן?
בכל מקרה, כוח ציפה הוא כוחו של נוזל על אובייקט השקוע בנוזל ההוא הפוגע בכוח הכבידה שמאלץ את האובייקט לשקוע. ככל שנוזל יהיה צפוף יותר, כך כוח הציפה שהוא יפעיל על עצם מסוים, משתקף בסבירות נמוכה יותר של שקיעת אובייקט זה.