Kā atrisināt īpatnējo svaru

"Īpatnējais svars" pēc sejas ir nedaudz maldinošs termins. Tam ir maz sakara ar gravitāciju, kas acīmredzami ir neaizstājams jēdziens virknē fizikas problēmu un pielietojumu. Tā vietā tas attiecas uz vielas daudzumu (masu) noteiktā tilpumā, pretstatā, iespējams, vissvarīgākās un visuresošākās vielas, kuru zina cilvēce, standartam - ūdens.

Kaut arī īpatnējais svars tieši neizmanto Zemes gravitācijas vērtību (ko bieži dēvē par spēku, bet patiesībā tai ir paātrinājums fizikā - precīzāk, planētas virsmā 9,8 metri sekundē sekundē), gravitācija ir netiešs apsvērums, jo lietām, kas ir "smagākas", ir augstākas īpatnējā svara vērtības nekā lietām, kas ir "vieglākas". Bet ko vispār nozīmē vārdi, piemēram, "smags" un "viegls"? formālā jēga? Nu, tam ir paredzēta fizika.

Pirmkārt, īpatnējais svars ir ļoti cieši saistīts ar blīvumu, un termini bieži tiek lietoti savstarpēji aizstājami. Tāpat kā ar daudziem jēdzieniem zinātnes pasaulē, tas parasti ir pieņemams, taču, ņemot vērā ietekme, ko nelielas nozīmes un daudzuma izmaiņas var atstāt uz fizisko pasauli, tas nav nenozīmīgs atšķirība.

Blīvums ir vienkārši masa dalīta ar tilpumu, pilns punkts. Ja jums tiek piešķirta kaut kā masas vērtība un jūs zināt, cik daudz vietas tas aizņem, varat nekavējoties aprēķināt tā blīvumu. (Pat šeit var rasties nātru problēmas. Šajā aprēķinā tiek pieņemts, ka materiālam visā masā un tilpumā ir vienādas kompozīcijas un tāpēc tā blīvums ir vienmērīgs. Pretējā gadījumā viss, ko aprēķināt, ir vidējais blīvums, kas var būt vai nav pareizi, ņemot vērā attiecīgās problēmas prasības.)

Protams, tas palīdz, ja jums ir skaitlis, kam ir jēga, veicot aprēķinu - tas tiek parasti izmantots. Tātad, ja jums ir kaut kāda masa uncēs un tilpums mikrolitros, teiksim, masas dalīšana pēc tilpuma, lai iegūtu blīvumu, atstāj ļoti neērtas unces vienības uz mikrolitriem. Tā vietā meklējiet kādu no kopīgajām vienībām, piemēram, g / ml vai gramus uz mililitru (kas ir tas pats, kas g / cm³vai grami uz kubikcentimetru). Pēc sākotnējās definīcijas 1 ml tīra ūdens masa ir ļoti, ļoti tuvu 1 g, tik tuvu, ka ūdens blīvums ikdienas vajadzībām gandrīz vienmēr tiek noapaļots līdz "precīzi" 1; tas padara g / ml par īpaši ērtu vienību, un tas darbojas īpašā smagumā.

Vielu blīvums reti ir nemainīgs. Tas jo īpaši attiecas uz šķidrumiem un gāzēm (tas ir, šķidrumiem), kas ir jutīgāki pret temperatūras izmaiņām nekā cietie. Šķidrumos un gāzēs var ievietot arī papildu masu, nemainot tilpumu tā, kā cietās vielas to nevar.

Piemēram, ūdens pastāv šķidrā stāvoklī no 0 grādiem pēc Celsija un 100 C. Kad tas sasilst no šī diapazona apakšējā gala līdz augstākajam galam, tas izplešas. Tas ir, tas pats masas daudzums, pieaugot temperatūrai, patērē arvien lielāku daudzumu. Tā rezultātā, paaugstinoties temperatūrai, ūdens kļūst mazāk blīvs.

Vēl viens veids, kā šķidrumos notiek blīvuma izmaiņas, ir daļiņu pievienošana, kas šķīst šķidrumā, ko sauc par izšķīdušām. Piemēram, saldūdenī ir ļoti maz sāls (nātrija hlorīds), turpretī jūras ūdeņos tas ir ļoti daudz. Pievienojot sāli ūdenim, tā masa palielinās, bet tā tilpums visiem praktiskiem mērķiem nav. Tas nozīmē, ka jūras ūdens ir blīvāks par saldūdeni un jūras ūdens ar īpaši augstu sāļumu (sāls saturu) blīvāks nekā tipisks jūras ūdens vai jūras ūdens ar salīdzinoši nelielu sāls daudzumu, piemēram, tas, kas atrodas netālu no galvenā saldūdens ietekas upe.

Šīs atšķirības izriet no tā, ka mazāk blīvi materiāli rada zemāku spiedienu uz leju nekā blīvāki materiāli, ūdens bieži veido slāņus, pamatojoties uz temperatūras, sāļuma vai dažām atšķirībām kombinācija. Piemēram, ūdeni, kas jau atrodas netālu no ūdens virsmas, saule sildīs vairāk nekā dziļāku ūdeni, padarot šo virszemes ūdeni mazāk blīvu un līdz ar to vēl lielāku varbūtību noturēties virs ūdens slāņiem zemāk.

Īpašās smaguma vienības ir nē tāds pats kā blīvumam, kas ir masa uz tilpuma vienību. Tas ir tāpēc, ka īpatnējā svara formula ir nedaudz atšķirīga: tas ir pētāmā materiāla blīvums dalīts ar ūdens blīvumu. Formālāk sakot, īpatnējā svara vienādojums ir:

(materiāla masa ÷ materiāla tilpums) ÷ (ūdens masa ÷ ūdens tilpums)

Ja ar vienu un to pašu trauku mēra gan ūdens, gan vielas tilpumu, tad šie tilpumus var uzskatīt par vienādiem un ņemt vērā iepriekš minēto vienādojumu, atstājot īpatnējā svara formulu kā:

(materiāla masa ÷ ūdens masa)

Tā kā blīvums, kas dalīts ar blīvumu, un masa, kas dalīta ar masu, ir vienība, īpatnējais svars ir arī vienīgs. Tas ir vienkārši skaitlis.

Ūdens masa fiksēta ūdens traukā mainīsies līdz ar ūdens temperatūru, kas vairumā gadījumu ir tuvu istabas temperatūrai, kurā tas atrodas, ja tas kādu laiku sēž. Atgādinām, ka ūdens blīvums samazinās līdz ar temperatūru, ūdenim paplašinoties. Precīzāk, ūdens 10 C temperatūrā blīvums ir 0,9997 g / ml, savukārt 20 C temperatūras ūdens blīvums ir 0,9982 g / ml. Ūdens 30 C temperatūrā ir 0,9956 g / ml. Šīs procentuālo desmitdaļu atšķirības var šķist niecīgas uz virsmas, bet tad, kad vēlaties Nosakiet vielas blīvumu ar lielu precizitāti, jums patiešām ir jāizmanto specifiskās vielas smagums.

Konkrētais tilpums, apzīmēts ar v (mazs "v", un to nejaukt ar ātrumu; konteksts šeit būtu jāpalīdz), ir termins, ko lieto gāzēm, un tas ir gāzes tilpums dalīts ar tās masu vai V / m. Tas ir tikai abpusējs gāzes blīvums. Vienības šeit parasti ir m³/ kg, nevis ml / g, pēdējais ir tas, ko jūs varētu sagaidīt, ņemot vērā visbiežāk sastopamo blīvuma mērvienību. Kāpēc tas tā varētu būt? Apsveriet gāzu raksturu: tās ir ļoti izkliedētas, un savākt ievērojamu tās masu nav viegli, ja vien cilvēks nespēj tikt galā lielākos apjomos.

Turklāt peldspējas jēdziens ir saistīts ar blīvumu. Iepriekšējā sadaļā tika atzīmēts, ka blīvāki objekti rada lielāku spiedienu uz leju nekā mazāk blīvi objekti. Vispārīgāk tas nozīmē, ka ūdenī ievietots objekts nogrims, ja tā blīvums ir lielāks par ūdens blīvumu, bet peld, ja tā blīvums ir mazāks par ūdens blīvumu. Kā jūs izskaidrotu ledus gabalu uzvedību, balstoties tikai uz šeit izlasīto?

Jebkurā gadījumā peldošs spēks ir šķidruma spēks uz priekšmetu, kas iegremdēts šajā šķidrumā, kas novērš gravitācijas spēku, kas liek objektam nogrimt. Jo blīvāks būs šķidrums, jo lielāks būs peldošais spēks, ko tas izdarīs uz konkrēto objektu, kas atspoguļojas šī objekta zemākajā nogrimšanas varbūtībā.