Doe alsof je een buitenaards wezen bent die hier net van een verre planeet is geland en Earthlings heeft ontdekt die een concept bespreken genaamd soortelijk gewicht. Als je toegang had tot een typisch Earth-woordenboek (en als je vele biljoenen kilometers hebt gereisd om hier te komen, heb je waarschijnlijk de tijd genomen om de lokale talen en douane) en elk van deze woorden afzonderlijk opzocht, zou het eerlijk zijn om aan te nemen dat het iets te maken had met een bepaald soort aantrekkingskracht van een massief object.
In plaats daarvan zou je snel leren dat de term veel meer te maken heeft met de bekende hoeveelheid genaamd dichtheid dan dat het met zwaartekracht te maken heeft, hoewel er een niet-triviaal verband is. De reden dat de term überhaupt in de natuurwetenschap bestaat, is vanwege het enorme scala aan toepassingen van die ene vloeibare hulpbron die zowel overvloediger als vitaler is dan elke andere op Aarde: water.
Massa en volume gedefinieerd
Massa (afgekort m in natuurkundige vergelijkingen) is een fundamentele grootheid in de natuurkunde die het bestaan van materie aangeeft. Een manier om materie te beschouwen is dat het traagheid bezit; een andere is dat zwaartekracht werkt om massa's te versnellen, maar niet om massaloze fotonen of "pakketten" licht (het doet een klein beetje, maar dit is alleen echt merkbaar in de buurt van zwarte gaten, waar relativistische effecten zijn belangrijk). De SI (metrische) eenheid is de
kilogram (kg).Volume (V) vertegenwoordigt een hoeveelheid gesloten driedimensionale ruimte in regelmatige of onregelmatige vorm. Het is gebaseerd op de fundamentele eenheid van lengte, de meter (m). Aangezien drie dimensies vereist zijn, is de corresponderende standaardvolume-eenheid in meters in blokjes (m3).
Massa versus Gewicht
Je hebt net geleerd dat zwaartekracht massa's beïnvloedt. Wanneer dit gebeurt, creëert het een kracht, die op aarde gewicht wordt genoemd. De waarde van de versnelling van de zwaartekracht g aan het aardoppervlak is 9,8 m/s2, dus een massa van 10 kg zou een gewicht hebben van 10 kg × 9,8 m/s2 = 98 kgm/s2. Deze eenheid heet a newton (N).
Wanneer u een object weegt, retourneert het een getal in ponden of kilogrammen, wat: staan voor gewicht eenheden. In werkelijkheid meet de schaal het gewicht van het weergegeven aantal kilogrammen op aarde maar je het resultaat vertellen als een massa. Dat wil zeggen, het onderscheid tussen massa en gewicht wordt meegenomen in de constructie van alledaagse aardschalen.
Dichtheid en soortelijk gewicht
Dichtheid (aangeduid met ρ, de Griekse letter rho) is gewoon een massa verdeeld volume, met bijbehorende eenheden. In symbolen:
ρ = \frac{m}{V}
Belangrijk is dat de eenheid van massa oorspronkelijk werd gekozen om overeen te komen met hoeveel ervan een volume van 1 L (1.000 ml of equivalent, 1.000 kubieke centimeter) water bevatte. Merk op dat 1 L slechts 1/1000ste van een m. is3, dus de laatste eenheid, hoewel 'standaard', wordt niet vaak gebruikt in laboratoriumexperimenten. Dus 1 kg water = "precies" 1 L volume.
Het probleem hiermee is dat de dichtheid van water enigszins fluctueert over het bereik van temperaturen tussen vriespunt en kookpunt, dus deze waarde is in feite niet constant en slechts zeer bijna 1.000.
Conversie van dichtheid naar specifieke zwaartekracht
Soortelijk gewicht (SG) is een stuk eenvoudiger dan jij en je buitenaardse vrienden hadden verwacht: het is gewoon de verhouding tussen de dichtheid van een bepaald object en de dichtheid van water bij een bepaalde temperatuur. Soortelijk gewicht heeft geen eenheden. Het nut ervan ligt in het feit dat de dichtheid van sommige objecten met de temperatuur op een andere manier verandert dan die van water, dus het gebruik van SG zorgt voor een kleine correctiefactor.
Voorbeeld: Stel dat u een ijzermonster heeft met een vermelde dichtheid van 7.850 kg/m3. Wat is het soortelijk gewicht van ijzer in een omgeving waar? ρwater = 997 kg/m3?
Om op te lossen verdeel je gewoon 7.850 kg/m3 met 997 kg/m3 krijgen:
\begin{uitgelijnd} SG &= \frac{7850 \text{ kg/m}^3}{997 \text{ kg/m}^3} \\ &= 7873 \end{uitgelijnd}
Omgekeerd, als u een berekening van het soortelijk gewicht naar de dichtheid nodig heeft, kunt u het soortelijk gewicht gewoon vermenigvuldigen met de dichtheid van water bij de relevante temperatuur. Dus nu, als je ooit wordt gevraagd om de dichtheid te berekenen op basis van soortelijk gewicht, was je intergalactische reis het waard!