Udawaj, że jesteś kosmitą, który właśnie wylądował tutaj z odległej planety i odkrył Ziemian dyskutujących o koncepcji zwanej środek ciężkości. Jeśli miałeś dostęp do typowego słownika Earth (i jeśli przejechałeś wiele bilionów mil, aby się tu dostać, prawdopodobnie poświęciłeś czas na zapoznanie się z lokalnymi językami i zwyczaje) i wyszukali każde z tych słów niezależnie, uczciwie byłoby założyć, że ma to coś wspólnego ze szczególnym rodzajem przyciągania masywnego przedmiotu.
Zamiast tego szybko nauczyłbyś się, że termin ten ma znacznie więcej wspólnego ze znaną wielkością zwaną gęstość niż ma to do czynienia z grawitacją, chociaż istnieje nietrywialne połączenie. Powodem, dla którego termin ten w ogóle istnieje w naukach fizycznych, jest ogromny zakres zastosowania tego jednego płynnego zasobu, który jest zarówno bardziej obfity, jak i bardziej istotny niż jakikolwiek inny na Ziemska woda.
Zdefiniowane masy i objętości
Masa (w skrócie m w równaniach fizyki) jest podstawową wielkością w fizyce, która oznacza istnienie materii. Jednym ze sposobów rozpatrywania materii jest bezwładność; innym jest to, że grawitacja działa, aby przyspieszyć masy, ale nie bezmasowe fotony lub „pakiety” światła (działa trochę, ale jest to naprawdę zauważalne tylko w pobliżu czarnych dziur, gdzie występują efekty relatywistyczne ważny). Jednostką SI (metryczną) jest
kilogram (kg).Tom (V) reprezentuje ilość zamkniętej przestrzeni trójwymiarowej w formie regularnej lub nieregularnej. Opiera się na podstawowej jednostce długości, metr (m). Ponieważ wymagane są trzy wymiary, odpowiednią standardową jednostką objętości są metry sześcienne (m3).
Masa a Waga
Właśnie dowiedziałeś się, że grawitacja wpływa na masy. Kiedy tak się dzieje, tworzy siłę, którą na Ziemi nazywa się wagą. Wartość przyspieszenia grawitacyjnego sol na powierzchni Ziemi wynosi 9,8 m/s2, więc masa 10 kg miałaby wagę 10 kg × 9,8 m/s2 = 98 kg m/s2. Ta jednostka nazywa się a niuton (N).
Kiedy ważysz przedmiot, zwraca on liczbę w funtach lub kilogramach, co przedstawiać jednostki masy. W rzeczywistości waga mierzy waga wyświetlanej liczby kilogramów na Ziemi ale podając wynik jako masę. Oznacza to, że rozróżnienie między masą a wagą jest uwzględniane w konstrukcji codziennych wag Ziemi.
Gęstość i ciężar właściwy
Gęstość (oznaczony przez ρ, grecka litera rho) to po prostu masa podzielona na objętość wraz z odpowiednimi jednostkami. W symbolach:
ρ = \frac{m}{V}
Co ważne, jednostka masy została pierwotnie wybrana tak, aby odpowiadała, ile jej posiada objętość 1 l (1000 ml lub równoważnie 1000 centymetrów sześciennych) wody. Zauważ, że 1 L to tylko 1/1000 m3, więc ta ostatnia jednostka, chociaż „standardowa”, nie jest często używana w eksperymentach laboratoryjnych. Zatem 1 kg wody = „dokładnie” 1 l objętości.
Problem polega na tym, że gęstość wody zmienia się nieznacznie w zakresie temperatury między zamarzaniem a wrzeniem, więc ta wartość w rzeczywistości nie jest stała i jest tylko bardzo blisko 1.000.
Konwersja gęstości do ciężaru właściwego
Ciężar właściwy (SG) jest o wiele prostszy niż oczekiwałeś ty i twoi kosmiczni przyjaciele: to po prostu stosunek gęstości danego obiektu do gęstości wody w określonej temperaturze. Ciężar właściwy nie ma jednostek. Jego użyteczność polega na tym, że gęstość niektórych obiektów zmienia się wraz z temperaturą inaczej niż gęstość wody, więc zastosowanie SG pozwala na niewielki współczynnik korekcyjny.
Przykład: Załóżmy, że masz próbkę żelaza o podanej gęstości 7850 kg/m3. Jaki jest ciężar właściwy żelaza w środowisku, w którym ρwoda = 997 kg/m²3?
Aby rozwiązać, wystarczy podzielić 7850 kg/m3 o 997 kg/m²3 aby uzyskać:
\begin{wyrównane} SG &= \frac{7850 \text{ kg/m}^3}{997 \text{ kg/m}^3} \\ &= 7873 \end{wyrównane}
I odwrotnie, jeśli potrzebujesz kalkulatora gęstości do gęstości, możesz po prostu pomnożyć ciężar właściwy przez gęstość wody w odpowiedniej temperaturze. Więc teraz, jeśli kiedykolwiek zostaniesz poproszony o obliczenie gęstości na podstawie ciężaru właściwego, twoja międzygalaktyczna podróż była tego warta!