Hvordan bestemme spesifikk tyngdekraft

Å vite nøyaktig hvilken mengde av et gitt stoff som er til stede som en del av vurderingen av stoffets fysiske og kjemiske egenskaper er sentralt i vitenskapen. Mengder betyr noe - mye! Du tenker sannsynligvis "Ok, la oss gå forbi de åpenbare tingene" på dette punktet, men vurder spørsmålet om hva "beløp" betyr. Hvis noen spurte deghvor mye av dere er der, hva vil du fortelle henne?

De fleste av oss vil sannsynligvis tolke dette spørsmålet som "Hvor mye veier du?" eller muligens "Hvor høy er du?" Det er imidlertid mange like sannsynlige svar. For eksempel, hvor mye volum (si, i liter) opptar kroppen din? Hvor mange individuelle atomer eller celler inneholder den?

Masse er en måte å holde rede på "ting" i universet, og det refererer til hvor mye materie som er til stede; dette er uavhengig av volum, som ganske enkelt beskriver mengder av tredimensjonalt rom. Forholdet mellom disse to størrelsene, kalt tetthet, er naturlig nok av interesse, som en nær fetter, betegnetspesifikk tyngdekraft. Spesifikk tyngdekraftsmåling er inkludert i fysikkens verktøykasse, hovedsakelig for å ta hensyn til vannets universelle natur, som du snart vil lære.

På et eller annet tidspunkt går det bare tom for ord for å beskrive et konsept, og slik er det med materie. En måte å tenke på materie er at det er alt tyngdekraften virker på, og du kan teoretisk sett ha noen form for materie med hendene hvis hendene dine var små nok, og se det med egne øyne hvis du hadde overnaturlig kraftig syn.

Saken består av en eller flereelementer, hvorav 92 forekommer i naturen. Elementer kan ikke brytes ned i andre deler og fremdeles beholde egenskapene; den minste komplette enheten til et element er enatom. En stor mengde materie kan bestå av billioner av atomer av et enkelt element, for eksempel et pund rent gull. Oftere kombinerer forskjellige elementer for å danne forbindelser, slik som hydrogen (H) og oksygen (O) og kombineres for å danne vann (H₂O).

Masse og vekt er like, men tydelige måleenheter. Masse beskriver ganske enkelt mengden materie som er til stede uavhengig av eksterne faktorer, og SI (International System, eller metrisk) masseenhet er kilo (kg). I fysikkproblemer som involverer spesifikk tyngdekraft, brukes gram (g), som er 1/1000 av et kilo.

Vekten til et objekt avhenger av tyngdekraften som massen utsettes for, og har kraftenheter, som i SI-systemet er newtonen (N). På jorden endres ikke denne verdien merkbart, så masse og vekt brukes ofte om hverandre. Men på månen, hvis tyngdekraften er mindre sterk, ville massen din være den samme, men vekten din (massemganger tyngdekrafteng) ville være proporsjonalt svakere.

Volum refererer til en mengde tredimensjonalt rom. Det er kuben av lengde, og SI-enheten er liter (L). En liter er representert med en terning 10 centimeter, eller cm (0,1 meter eller m) på en side. Du er sannsynligvis kjent med dette volumvalget generelt på grunn av antall 1-l drikkeflasker laget.

I seg selv er "volum" bare et matematisk definert rom, kanskje venter på å bli okkupert av materie, kanskje ikke venter. Når materie opptar det rommet, vil de resulterende effektene imidlertid være forskjellige, når forskjellige mengder materie plasseres i den samme mengden plass. Du vet dette intuitivt; når du bærer rundt en eske med peanøtter og luft, er jobben din enklere enn den var da den samme esken inneholdt en forsendelse med lærebøker øyeblikk tidligere.

Forholdet mellom masse og volum, ellers kjent som "delingsmassen etter volum", kalles tetthet. Men det unike forholdet mellom vann og alt som er nevnt så langt, har ennå ikke blitt beskrevet.

Tetthet har ikke sin egen enhet i fysikk, krever den ikke virkelig, gitt at den er avledet fra en grunnleggende fysisk størrelse (masse) og en lett avledet fra en annen (volumet har kubiserte enheter på lengde). Det er vanligvis representert med den greske bokstaven rho, eller ρ:

Du kan se at tettheten har enheter på kg / l i SI-systemet, men i fysikkproblemer brukes ofte enheten g / ml. (Siden sistnevnte representerer førstnevnte med både masse og volum delt på 1000, er kg / l og g / ml faktisk ekvivalente.)

Du vil finne at de fleste levende ting og mange vanlige stoffer som deltar i biokjemiske reaksjoner har tettheter som ligner på vann; dette følger av det faktum at de fleste levende ting i stor grad eller hovedsakelig består av H₂O.

Denne utforskningen har hamret bort på det faktum at vann er overalt for ikke å fjerne frykt for tørke, men fordi fysikere og kjemikere har kommet på en enkel måte å gjøre rede for små endringer i tettheten av desammetype materie: Spesifikk tyngdekraft, et dimensjonsløst tall som bare er forholdet mellom væskens tetthet og vann - med en vri.

Per definisjon har 1 ml uforfalsket vann en masse på 1 g. En liter ble opprinnelig valgt til å være mengden vann som hadde en masse på nøyaktig 1 kg. Problemet med dette er at, som mer moderne forskere lærte, at vannets spesifikke tyngdekraft faktisk varierer med temperaturen selv over små, hverdagslige områder (mer om dette senere). Men mens vanntetthet nesten alltid er avrundet til "nøyaktig" 1 for hverdagsformål, er dette faktisk ikke en konstant.

• Merk at ordet "tyngdekraft" kan være forvirrende, siden tyngdekraften i fysikk har akselerasjonsenheter og er uavhengig av denne diskusjonen.

Før du dykker helt inn i spesifikk tyngdekraft, er en demonstrasjon av viktigheten og elegansen av tetthet i orden - Archimedes 'prinsipp. Enkelt, dette sier at den oppovervirkende (flytende) kraften som utøves på et legeme nedsenket i en væske (vanligvis vann) er lik vekten av væsken forskjøvet av kroppen:F_B= w​_f.

Dette forklarer hvorfor skipene stort sett er hule. Materialene som brukes til å lage dem er tettere enn vann, noe som betyr at hvis disse materialene ble komprimert, ville "skipet" fortrenge sitt eget volum i vann og ha tilstrekkelig vekt til å få det til å synke. Men hvis skipets volum økes ved å sette et hul skrog i bunnen, avtar den totale tettheten, og skipet forblir flytende.

Enheten bruker oftest for å bestemme den spesifikke tyngdekraften til en væske når verdien er ukjent kalles ahydrometer. Disse kommer i en rekke former, men den grunnleggende konstruksjonen er et rør vektet i bunnen slik at det vil synke til et visst punkt i testvæsken, som hviler i en gradert sylinder for å måle volum.

Fra å kjenne væskevolumet forskyver det vektede røret og vekten av det nedsenkede partiet, sammen med temperaturen i rommet til bestemme den virkelige tettheten av vann under disse forholdene, væskens tetthet og egenvekt kan bestemmes fra Archimedes ' prinsipp.

Et blikk på grafen i ressursene avslører at vannets spesifikke tyngdekraft forblir veldig nær 1000 i området 0 til 10 grader Celsius, men deretter avtar den med en mer eller mindre konstant hastighet til ca. 0,960 når temperaturen nærmer seg vannets kokepunkt på 100 C. Når stoffer som medisiner ofte måles og tilberedes i mikrogram, er det viktig å kunne gjøre rede for slike tilsynelatende trivielle forskjeller i praksis.