比重を解く方法

「比重」は、一見、やや誤解を招く用語です。 それは重力とはほとんど関係がありません。重力は、さまざまな物理問題やアプリケーションで明らかに不可欠な概念です。 代わりに、特定の体積内の特定の物質の物質（質量）の量に関連します。 人類に知られているおそらく最も重要で遍在する物質の基準に反して設定– 水。

比重は地球の重力の値を明示的に使用しませんが（これはしばしば力と呼ばれますが、実際には次の単位があります 物理学における加速度–正確には、惑星の表面で毎秒9.8メートル）、重力は間接的な考慮事項です。 「重い」ものは「軽い」ものよりも比重の値が高くなります。 しかし、「重い」や「軽い」などの言葉は、 正式な意味ですか？ まあ、それが物理学の目的です。

まず、比重は密度と非常に密接に関連しており、これらの用語はしばしば同じ意味で使用されます。 科学の世界の多くの概念と同様に、これは一般的に受け入れられますが、 意味と量の小さな変化が物理的な世界に与える可能性のある影響、それは無視できません 差。

密度は、単純に質量を体積で割ったもので、終止符です。 何かの質量の値が与えられ、それが占めるスペースの量がわかっている場合は、すぐにその密度を計算できます。 （ここでも、厄介な問題が発生する可能性があります。 この計算では、材料の質量と体積全体で均一な組成があり、したがって密度が均一であると想定しています。 それ以外の場合、計算しているのは平均密度だけです。これは、目前の問題の要件に適している場合とそうでない場合があります。）

もちろん、計算が終わったときに意味のある数値を用意しておくと役立ちます。これは一般的に使用されている数値です。 したがって、オンス単位の質量とマイクロリットル単位の体積がある場合、たとえば、質量を体積で割って密度を求めると、マイクロリットルあたりのオンスの非常に厄介な単位が残ります。 代わりに、g / ml、またはグラム/ミリリットル（g / cmと同じもの）などの一般的な単位の1つを目指します³、またはグラム/立方センチメートル）。 当初の定義では、1mlの純水の質量は1gに非常に近いため、日常の目的では、水の密度はほとんどの場合「正確に」1に丸められます。 これにより、g / mlは特に便利な単位になり、比重で機能します。

物質の密度が一定になることはめったにありません。 これは、固体よりも温度の変化に敏感な液体と気体（つまり、流体）に特に当てはまります。 液体と気体は、固体では不可能な方法で体積を変化させることなく、余分な質量の追加にも対応します。

たとえば、水は摂氏0度から100℃の間の液体状態で存在します。 この範囲の下限から上限に向かって暖まると、膨張します。 つまり、同じ量の質量は、温度の上昇とともにますます多くの体積を消費します。 その結果、水は温度の上昇とともに密度が低くなります。

液体が密度変化を起こす別の方法は、溶質と呼ばれる、液体に溶解する粒子の追加です。 たとえば、淡水には塩（塩化ナトリウム）がほとんど含まれていませんが、海水には塩が多く含まれていることで有名です。 塩を水に加えると、その質量は増加しますが、その体積は、すべての実用的な目的で増加しません。 これは、海水が淡水よりも密度が高く、特に塩分（塩分）が高い海水が 通常の海水や、主要な淡水の河口付近など、塩分が比較的少ない海水よりも密度が高い 川。

これらの違いの意味するところは、密度の低い材料は下向きの圧力が少ないためです。 より密度の高い材料よりも、水は温度、塩分、またはいくつかの違いに基づいて層を形成することがよくあります 組み合わせ。 たとえば、すでに水面近くにある水は、より深い水よりも太陽によって加熱されます。 その地表水の密度を低くし、したがって水の層の上に留まる可能性をさらに高めます 下。

比重の単位は ない 密度の場合と同じで、単位体積あたりの質量です。 これは、比重の式がわずかに異なるためです。これは、調査中の材料の密度を水の密度で割ったものです。 より正式には、比重方程式は次のとおりです。

（材料の質量÷材料の体積）÷（水の質量÷水の体積）

同じ容器を使用して水の量と物質の量の両方を測定する場合、これらは 体積は同じものとして扱われ、上記の式から除外され、比重の式が残ります。 なので：

（材料の質量÷水の質量）

密度を密度で割ったものと質量を質量で割ったものはどちらも単位がないため、比重も単位がありません。 それは単なる数字です。

固定水の容器内の水の質量は、水の温度によって変化します。温度は、ほとんどの場合、しばらく座っていると、部屋の温度に近くなります。 水の密度は、水が膨張するにつれて温度とともに低下することを思い出してください。 具体的には、10℃の水は0.9997 g / mlの密度を持ち、20℃の水は0.9982 g / mlの密度を持ちます。 30℃の水は0.9956g / mlの密度を持っています。 これらの10分の1パーセントの違いは、表面上は些細なことのように思えるかもしれませんが、 物質の密度を非常に正確に決定するには、特定の物質を使用する必要があります 重力。

で示される比容積 v （小さな「v」であり、速度と混同しないでください。 文脈はここで役立つはずです）、はガスに適用される用語であり、それはガスの体積をその質量で割ったもの、またはV / mです。 これは単にガスの密度の逆数です。 ここの単位は通常mです³ml / gではなく/ kg。後者は、最も一般的な密度の単位を考えると予想されるものです。 なぜそうなのか？ さて、ガスの性質を考慮してください。ガスは非常に拡散しており、大量に処理できない限り、大量のガスを収集することは容易ではありません。

さらに、浮力の概念は密度に関連しています。 前のセクションでは、密度の高いオブジェクトは、密度の低いオブジェクトよりも下向きの圧力をかけることに注意しました。 より一般的には、これは、水中に置かれたオブジェクトは、密度が水の密度よりも大きい場合は沈み、密度が水の密度よりも小さい場合は浮くということを意味します。 ここで読んだ内容だけに基づいて、角氷の動作をどのように説明しますか？

いずれにせよ、浮力とは、物体を沈めるように強制する重力に対抗する、その流体に浸された物体に対する流体の力です。 流体の密度が高いほど、特定のオブジェクトにかかる浮力が大きくなり、そのオブジェクトが沈む可能性が低くなります。