Hvordan løse for spesifikk tyngdekraft

"Spesifikk tyngdekraft" er i ansiktet et noe misvisende begrep. Det har lite å gjøre med tyngdekraften, som åpenbart er et uunnværlig konsept i en rekke fysikkproblemer og applikasjoner. I stedet for det mengden materie (masse) av et bestemt stoff i et gitt volum, sett opp mot standarden for kanskje det mest vitale og allestedsnærværende stoffet kjent for menneskeheten - vann.

Mens spesifikk tyngdekraft ikke eksplisitt bruker verdien av jordens tyngdekraft (som ofte blir referert til som en kraft, men faktisk har enheter av akselerasjon i fysikk - 9,8 meter per sekund per sekund på overflaten av planeten, for å være nøyaktig), er tyngdekraften en indirekte betraktning fordi ting som er "tyngre" har høyere verdier for egenvekt enn ting som er "lettere". Men hva betyr ord som "tung" og "lett" til og med i den formelle sansen? Vel, det er det fysikk er for.

For det første er egenvekt veldig nært knyttet til tetthet, og begrepene brukes ofte om hverandre. Som med mange begreper i vitenskapens verden, er dette generelt akseptabelt, men når man vurderer effekt som små endringer i betydning og mengder kan ha på den fysiske verden, er det ikke ubetydelig forskjell.

Tetthet er rett og slett masse delt på volum, punktum. Hvis du får en verdi for massen av noe, og du vet hvor mye plass det tar opp, kan du umiddelbart beregne dens tetthet. (Selv her kan det oppstå nettlesome problemer. Denne beregningen forutsetter at materialet har ensartede sammensetninger gjennom hele sin masse og volum, og at densiteten derfor er jevn. Ellers er alt du beregner en gjennomsnittlig tetthet, noe som kan eller ikke kan være greit for kravene til problemet.)

Selvfølgelig hjelper det å ha et tall som gir mening når du er ferdig med beregningen din - en som ofte brukes. Så hvis du har massen av noe i gram og volumet i mikroliter, si å dele masse etter volum for å få tetthet etterlater deg med veldig vanskelige enheter gram per mikroliter. Sikt i stedet for en av de vanlige enhetene, som g / ml eller gram per milliliter (som er det samme som g / cm³, eller gram per kubikkcentimeter). Etter opprinnelig definisjon har 1 ml rent vann en masse veldig, veldig nær 1 g, så nær at tettheten av vann nesten alltid bare blir avrundet til "nøyaktig" 1 for hverdagsformål; Dette gjør g / ml til en spesielt praktisk enhet, og den spiller inn i spesifikk tyngdekraft.

Tettheten av stoffer er sjelden konstant. Dette gjelder spesielt væsker og gasser (det vil si væsker), som er mer følsomme for endringer i temperatur enn faste stoffer. Væsker og gasser kan også tilsette ekstra masse uten volumendring på en måte som faste stoffer ikke kan.

For eksempel eksisterer vann i flytende tilstand mellom 0 grader Celsius og 100 C. Når den varmes opp fra den nedre enden av dette området til den øvre enden, utvides den. Det vil si at samme mengde masse forbruker mer og mer volum med stigende temperatur. Som et resultat blir vann mindre tett med økende temperatur.

En annen måte væsker gjennomgår tetthetsendringer på er tilsetning av partikler som oppløses i væsken, kalt oppløste stoffer. Ferskvann inneholder for eksempel veldig lite salt (natriumklorid), mens sjøvann berømt inneholder mye av det. Når salt tilsettes vann, øker massen mens volumet for alle praktiske formål ikke gjør det. Dette betyr at sjøvann er tettere enn ferskvann, og at sjøvann med spesielt høyt saltinnhold (saltinnhold) er tettere enn typisk sjøvann eller sjøvann med relativt lite salt, slik som nær munningen av et stort ferskvann elv.

Implikasjonen av disse forskjellene er at fordi mindre tette materialer utøver et lavere trykk nedover enn mer tette materialer, danner vann ofte lag på grunnlag av forskjeller i temperatur, saltinnhold eller noe kombinasjon. For eksempel vil vann som allerede er nær vannoverflaten varmes opp av solen mer enn dypere vann vil, gjør overflatevannet mindre tett og derfor enda mer sannsynlig å holde seg på vannlagene under.

Spesifikke tyngdekraftenheter er ikke det samme som for tetthet, som er masse per volumsenhet. Dette er fordi den spesifikke tyngdekraftsformelen er litt annerledes: Det er tettheten til materialet som studeres delt på tettheten av vann. Mer formelt er den spesifikke gravitasjonsligningen:

(materialmasse ÷ volum av materiale) ÷ (vannmasse ÷ volum vann)

Hvis den samme beholderen brukes til å måle både vannvolumet og stoffets volum, så disse volumene kan behandles som de samme og faktoriseres ut fra ligningen ovenfor, og etterlater formelen for egenvekt som:

(masse av materiale ÷ vannmasse)

Fordi tetthet delt på tetthet og masse delt på masse begge er enhetsløse, er egenvekt også enhetsløs. Det er rett og slett et tall.

Vannmassen i en beholder med fast vann vil endres med vanntemperaturen, som i de fleste tilfeller er nær temperaturen i rommet det er i hvis den sitter en stund. Husk at tettheten av vannet faller med temperaturen når vannet utvides. Spesielt har vann ved en temperatur på 10 ° C en tetthet på 0,9997 g / ml, mens vann ved 20 ° C har en tetthet på 0,9982 g / ml. Vann ved 30 ° C har en tetthet på 0,9956 g / ml. Disse forskjellene på tiendedeler av en prosent kan virke trivielle på overflaten, men når du vil bestem tettheten til et stoff med stor presisjon, må du virkelig ty til å bruke spesifikk tyngdekraften.

Spesifikt volum, betegnet med v (liten "v", og ikke forveksles med hastighet; kontekst skal være til hjelp her), er et begrep som brukes på gasser, og det er gassens volum delt på massen, eller V / m. Dette er bare den gjensidige gassens tetthet. Enhetene her er vanligvis m³/ kg i stedet for ml / g, sistnevnte er det du kan forvente gitt den vanligste tetthetsenheten. Hvorfor kan dette være? Tenk på gassenes natur: De er veldig diffuse, og det er ikke lett å samle en betydelig masse av den med mindre man er i stand til å håndtere i større volumer.

I tillegg er begrepet oppdrift knyttet til tetthet. I et forrige avsnitt ble det lagt merke til at tettere gjenstander utøver mer nedadgående trykk enn mindre tette gjenstander. Mer generelt innebærer dette at en gjenstand plassert i vann vil synke hvis densiteten er større enn for vann, men flyter hvis densiteten er mindre enn vannets. Hvordan vil du forklare oppførselen til isbiter, bare basert på det du har lest her?

Under alle omstendigheter er flytende kraft kraften til en væske på en gjenstand nedsenket i den væsken som motvirker tyngdekraften som tvinger gjenstanden til å synke. Jo tettere en væske er, jo større er den flytende kraften den vil utøve på et gitt objekt, reflektert i objektets lavere sannsynlighet for å synke.