Ciężar właściwy to wielkość porównująca gęstość substancji z gęstością wody. Dokładniej, ciężar właściwy to gęstość substancji podzielona przez gęstość wody. Jest to bezwymiarowy stosunek, którego możesz użyć do określenia objętości ciała stałego lub cieczy, jeśli znasz jego wagę.
Załóżmy na przykład, że ważysz próbkę farby i chcesz poznać objętość. Możesz sprawdzić ciężar właściwy farby online, pomnożyć go przez gęstość wody, a to da gęstość farby. Jest to szczególnie łatwe do wykonania w systemie miar CGS (centymetry, gramy, sekundy), ponieważ gęstość wody wynosi 1 g/cm3. W tych jednostkach ciężar właściwy farby – lub jakiejkolwiek innej substancji – jest taki sam jak jej gęstość. W innych jednostkach liczby są inne.
Gdy znasz gęstość farby, reszta jest łatwa. Gęstość (∂) jest zdefiniowana jako masa (m) podzielone przez objętość (V): ∂ = m/V. Znasz masę po zważeniu próbki i znasz gęstość, dzięki czemu możesz obliczyć objętość. Sprawy się komplikują, jeśli ważysz funty i chcesz objętość w litrach. Przejście z funtów na litry obejmuje dwa różne systemy miar i trochę niechlujnych konwersji.
Ciężar właściwy nie zależy od systemu pomiarowego
Definicja ciężaru właściwego to gęstość substancji podzielona przez gęstość wody. Nie ma konkretnych jednostek grawitacyjnych, ponieważ jednostki anulują się podczas podziału. Innymi słowy, ciężar właściwy jest stosunkiem bezwymiarowym i pozostaje taki sam bez względu na to, jakich jednostek używasz do pomiaru gęstości.
Aby to zweryfikować, rozważ benzynę. W systemie MKS (metry, kilogramy, sekundy) jego minimalna gęstość wynosi około 720 kg/m3, a w tych jednostkach gęstość wody wynosi około 1000 kg/m3. To sprawia, że ciężar właściwy benzyny wynosi 0,72. W jednostkach imperialnych minimalna gęstość benzyny wynosi 45 funtów/stopę3, a gęstość wody wynosi 62,4 funta/stopę3. Dzielenie tych liczb daje ten sam stosunek: 0,72.
Wykorzystanie ciężaru właściwego farby do określenia jej objętości
Produkty lakiernicze różnią się, ale średnio ciężar właściwy farby wynosi około 1,2. Załóżmy, że ważysz próbkę pozostałej w wiadrze farby i stwierdzasz, że waży ona 20 funtów. Jak obliczyć jego objętość w litrach?
Waga to nie to samo co masa, a system imperialny ma różne jednostki dla tych wielkości. Waga jest mierzona w funtach, która jest jednostką siły, a masę w ślimakach. Aby znaleźć masę farby w kulach, musisz podzielić masę przez przyspieszenie ziemskie, które wynosi 32,2 ft/s2. W konsekwencji 20 funtów = 0,62 kulki, czyli masa farby, którą masz pod ręką (do dwóch miejsc po przecinku). Teraz przelicz to na kilogramy, używając przeliczenia 1 slug = 14,59 kg. Masz 9,06 kg farby.
Alternatywnie możesz po prostu użyć przeliczenia 1 funt = 0,45 kg, ale to zbyt proste, prawda?
Jeśli gęstość farby wynosi ∂p, gęstość wody wynosi ∂w a ciężar właściwy farby to SGp, następnie:
SGp = ∂p/∂w.
Ciężar właściwy farby wynosi 1,2, a gęstość wody 1000 kg/m3. Zmień układ równania do rozwiązania dla ∂p --> ∂p = SGp × ∂w i wprowadź liczby, aby uzyskać gęstość farby:
∂p = 1200 kg/m²3.
Gęstość to masa/objętość (∂ = m/V). Znasz gęstość farby i znasz jej masę, więc po przekształceniu równania możesz znaleźć objętość:
V = m/∂ = (9,06 kg) ÷ (1200 kg/m3) = 0,00755 m3.
Jeden metr sześcienny = 1000 litrów, więc objętość farby w pojemniku to 7,55 litra.