Specifieke zwaartekracht bepalen?

Precies weten welke hoeveelheid van een bepaalde stof aanwezig is als onderdeel van de beoordeling van de fysische en chemische eigenschappen van die stof, staat centraal in de wetenschap. Hoeveelheden zijn belangrijk - veel! Je denkt waarschijnlijk: "Oké, laten we verder gaan dan de voor de hand liggende dingen", maar denk eens na over de vraag wat "bedrag" betekent. Als iemand je zou vragenhoeveel van jou is er?, wat zou je haar vertellen?

De meesten van ons zouden deze vraag waarschijnlijk interpreteren als "Hoeveel weeg je?" of mogelijk "Hoe lang ben je?" Er zijn echter veel even plausibele antwoorden. Hoeveel volume (bijvoorbeeld in liters) neemt uw lichaam bijvoorbeeld in beslag? Hoeveel individuele atomen of cellen bevat het?

Massa is een manier om "dingen" in het universum bij te houden, en het verwijst naar hoeveel materie aanwezig is; dit is onafhankelijk van het volume, dat eenvoudigweg hoeveelheden driedimensionale ruimte beschrijft. De verhouding van deze twee grootheden, dichtheid genoemd, is natuurlijk van belang, net als een naaste neef, genaamd

Op een gegeven moment heb je gewoon geen woorden meer om een ​​concept te beschrijven, en zo is het ook met materie. Een manier om over materie te denken is dat het alles is waar de zwaartekracht op inwerkt, en je zou in theorie elke soort materie kunnen vasthouden met je handen als je handen klein genoeg waren, en zie het met je eigen ogen als je bovennatuurlijk krachtig was visie.

Materie bestaat uit een of meerelementen, waarvan 92 in de natuur voorkomen. Elementen kunnen niet verder worden opgesplitst in andere delen en behouden hun eigenschappen; de kleinste volledige eenheid van een element is anatoom. Een groot stuk materie kan bestaan ​​uit biljoenen atomen van een enkel element, zoals een pond puur goud. Vaker combineren verschillende elementen om verbindingen te vormen, zoals waterstof (H) en zuurstof (O) die samen water vormen (H₂O).

Massa en gewicht zijn vergelijkbare maar verschillende maateenheden. Massa beschrijft eenvoudig de hoeveelheid materie die aanwezig is, ongeacht externe factoren, en de SI (International System, of metrische) eenheid van massa is de kilogram (kg). Bij natuurkundige problemen met soortelijk gewicht wordt de gram (g), die 1/1000 van een kilogram is, gebruikt.

Het gewicht van een object hangt af van de zwaartekracht waaraan zijn massa wordt onderworpen en heeft eenheden van kracht, die in het SI-systeem de newton (N) is. Op aarde verandert deze waarde niet merkbaar, dus massa en gewicht worden vaak door elkaar gebruikt. Maar op de maan, als de zwaartekracht minder sterk is, zou je massa hetzelfde zijn, maar je gewicht (massammaal zwaartekrachtg) proportioneel zwakker zou zijn.

Volume verwijst naar een hoeveelheid driedimensionale ruimte. Het is de kubus van lengte en de SI-eenheid is de liter (L). Eén liter wordt weergegeven door een kubus van 10 centimeter of cm (0,1 meter of m) aan een kant. U bent waarschijnlijk bekend met deze volumeselectie vanwege het aantal gemaakte drankflessen van 1 liter.

Op zichzelf is 'volume' slechts een wiskundig gedefinieerde ruimte, misschien wachtend om bezet te worden door materie, misschien niet wachtend. Wanneer materie die ruimte inneemt, zullen de resulterende effecten echter anders zijn, wanneer verschillende hoeveelheden materie in diezelfde hoeveelheid ruimte worden geplaatst. Je weet dit intuïtief; als je een doos met pinda's en lucht bij je hebt, is je werk gemakkelijker dan toen in dezelfde doos een zending schoolboeken zat.

De verhouding tussen massa en volume, ook wel bekend als "de verdeling van massa naar volume", wordt dichtheid genoemd. Maar de unieke relatie van water met alles wat tot nu toe is genoemd, moet nog worden beschreven.

Dichtheid heeft geen eigen eenheid in de natuurkunde, en heeft er ook niet echt een nodig, aangezien het is afgeleid van een fundamentele fysieke grootheid (massa) en een die gemakkelijk van een andere kan worden afgeleid (volume heeft kubuseenheden van lengte). Het wordt normaal gesproken weergegeven door de Griekse letter rho of ρ:

Je kunt zien dat dichtheid in het SI-systeem eenheden van kg/L heeft, maar bij natuurkundige problemen wordt vaak de eenheid g/mL gebruikt. (Aangezien de laatste de eerste vertegenwoordigt met zowel de massa als het volume gedeeld door 1.000, zijn kg/L en g/mL feitelijk equivalent.)

Je zult zien dat de meeste levende wezens en veel gewone stoffen die deelnemen aan biochemische reacties, dichtheden hebben die vergelijkbaar zijn met die van water; dit volgt uit het feit dat de meeste levende wezens grotendeels of voornamelijk uit H. bestaan₂O.

Deze verkenning heeft gehamerd op het feit dat water overal is, niet om de angst voor droogte te verdrijven, maar omdat natuurkundigen en scheikundigen een gemakkelijke manier hebben bedacht om kleine veranderingen in de dichtheid van dedezelfdesoort materie: Soortelijk gewicht, een dimensieloos getal dat slechts de verhouding is tussen de dichtheid van die vloeistof en die van water - met een draai.

Per definitie heeft 1 ml onvervalst water een massa van 1 g. Een liter werd oorspronkelijk gekozen als de hoeveelheid water met een massa van precies 1 kg. Het probleem hiermee is dat, zoals modernere onderzoekers hebben geleerd, het soortelijk gewicht van water zelfs in kleine, alledaagse gebieden varieert met de temperatuur (hierover later meer). Maar hoewel de dichtheid van water bijna altijd eenvoudig wordt afgerond op "precies" 1 voor alledaagse doeleinden, is dit eigenlijk geen constante.

• Merk op dat het woord "zwaartekracht" verwarrend kan zijn, aangezien zwaartekracht in de natuurkunde eenheden van versnelling heeft en onafhankelijk is van deze discussie.

Alvorens volledig in het soortelijk gewicht te duiken, is een demonstratie van het belang en de elegantie van dichtheid op zijn plaats - het principe van Archimedes. Dit stelt eenvoudigweg dat de opwaartse (opdrijvende) kracht die wordt uitgeoefend op een lichaam dat is ondergedompeld in een vloeistof (meestal water) gelijk is aan het gewicht van de vloeistof die door het lichaam wordt verplaatst:F_B=w​_f.

Dit verklaart waarom schepen meestal hol zijn. De materialen die zijn gebruikt om ze te maken, zijn dichter dan water, wat betekent dat als deze materialen werden samengeperst, het "schip" zijn eigen volume in water zou verplaatsen en voldoende gewicht zou hebben om het te laten zinken. Maar als het volume van het schip wordt vergroot door een holle romp aan de basis te plaatsen, neemt de algehele dichtheid af en blijft het schip drijven.

Het apparaat dat het meest wordt gebruikt om het soortelijk gewicht van een vloeistof te bepalen wanneer de waarde onbekend is, wordt a. genoemdhydrometer. Deze zijn er in een aantal vormen, maar de basisconstructie is een buis die aan de onderkant verzwaard is, zodat het zal zinken naar een bepaald punt in de testvloeistof, die in een maatcilinder rust om te meten volume.

Van het kennen van het vloeistofvolume dat de verzwaarde buis verplaatst en het gewicht van het ondergedompelde gedeelte, samen met de temperatuur van de kamer tot bepalen de werkelijke dichtheid van water onder deze omstandigheden, de dichtheid en het soortelijk gewicht van de vloeistof kan worden bepaald uit Archimedes' beginsel.

Een blik op de grafiek in de bronnen laat zien dat het soortelijk gewicht van water zeer dicht bij 1.000 blijft in het bereik van 0 tot 10 graden Celsius, maar het daalt dan met een min of meer constante snelheid tot ongeveer 0,960 als de temperatuur het kookpunt van water nadert 100 C. Wanneer stoffen zoals medicijnen vaak in microgrammen worden afgemeten en bereid, is het essentieel om in de praktijk rekening te kunnen houden met dergelijke schijnbaar triviale verschillen.