"Gravidade específica" é, aparentemente, um termo um tanto enganoso. Tem pouco a ver com a gravidade, que é obviamente um conceito indispensável em uma série de problemas e aplicações da física. Em vez disso, se relaciona com a quantidade de matéria (massa) de uma substância específica dentro de um determinado volume, contra o padrão de talvez a substância mais vital e ubíqua conhecida pela humanidade - agua.
Embora a gravidade específica não use explicitamente o valor da gravidade da Terra (que costuma ser chamada de força, mas na verdade tem unidades de aceleração na física - 9,8 metros por segundo por segundo na superfície do planeta, para ser exato), a gravidade é uma consideração indireta porque coisas que são "mais pesadas" têm valores de gravidade específica mais altos do que coisas que são "mais leves". Mas o que palavras como "pesado" e "leve" significam em o sentido formal? Bem, é para isso que serve a física.
Densidade: Definição
Primeiro, a gravidade específica está intimamente relacionada à densidade, e os termos são freqüentemente usados de forma intercambiável. Tal como acontece com muitos conceitos no mundo da ciência, isso é geralmente aceitável, mas quando se considera o efeito que pequenas mudanças no significado e nas quantidades podem ter no mundo físico, não é desprezível diferença.
A densidade é simplesmente massa dividida pelo volume, ponto final. Se você receber um valor para a massa de algo e souber quanto espaço ele ocupa, poderá calcular imediatamente sua densidade. (Mesmo aqui, podem surgir problemas incômodos. Este cálculo assume que o material tem composições uniformes em toda a sua massa e volume e que sua densidade é, portanto, uniforme. Caso contrário, tudo o que você está calculando é uma densidade média, que pode ou não ser adequada para os requisitos do problema em questão.)
Claro, ajuda ter um número que faça sentido quando você terminar o cálculo - um que seja comumente usado. Portanto, se você tem a massa de algo em onças e o volume em microlitros, digamos, dividir a massa pelo volume para obter densidade deixa você com unidades muito estranhas de onças por microlitro. Em vez disso, aponte para uma das unidades comuns, como g / ml ou gramas por mililitro (que é a mesma coisa que g / cm3, ou gramas por centímetro cúbico). Pela definição original, 1 ml de água pura tem uma massa de muito, muito próxima a 1 g, tão próxima que a densidade da água é quase sempre simplesmente arredondada para "exatamente" 1 para fins diários; isto torna o g / ml uma unidade particularmente útil e atua na gravidade específica.
Fatores que afetam a densidade
A densidade das substâncias raramente é constante. Isso é especialmente verdadeiro para líquidos e gases (ou seja, fluidos), que são mais sensíveis a mudanças de temperatura do que sólidos. Líquidos e gases também acomodam a adição de massa extra sem alteração no volume de uma forma que os sólidos não podem.
Por exemplo, a água existe em seu estado líquido entre 0 graus Celsius e 100 C. À medida que aquece da extremidade inferior desta faixa para a extremidade superior, ela se expande. Ou seja, a mesma quantidade de massa consome cada vez mais volume com o aumento da temperatura. Como resultado, a água se torna menos densa com o aumento da temperatura.
Outra maneira pela qual os líquidos sofrem alterações de densidade é a adição de partículas que se dissolvem no líquido, chamadas de solutos. Por exemplo, a água doce contém muito pouco sal (cloreto de sódio), ao passo que a água do mar contém uma grande quantidade dele. Quando o sal é adicionado à água, sua massa aumenta, enquanto seu volume, para todos os fins práticos, não. Isso significa que a água do mar é mais densa do que a água doce, e que a água do mar com salinidade especialmente alta (teor de sal) é mais densa do que a água do mar típica ou água do mar com relativamente pouco sal, como aquela perto da foz de um grande rio de água doce Rio.
A implicação dessas diferenças é que, como os materiais menos densos exercem uma quantidade menor de pressão para baixo do que materiais mais densos, a água muitas vezes forma camadas com base nas diferenças de temperatura, salinidade ou alguns combinação. Por exemplo, a água que já está perto da superfície da água será aquecida pelo sol mais do que as águas mais profundas, tornando as águas superficiais menos densas e, portanto, ainda mais propensas a se manterem acima das camadas de água abaixo.
Gravidade Específica: Definição
As unidades de gravidade específica são não o mesmo que para a densidade, que é a massa por unidade de volume. Isso ocorre porque a fórmula da gravidade específica é ligeiramente diferente: é a densidade do material em estudo dividida pela densidade da água. Mais formalmente, a equação da gravidade específica é:
(massa do material ÷ volume do material) ÷ (massa da água ÷ volume da água)
Se o mesmo recipiente for usado para medir o volume da água e o volume da substância, então estes os volumes podem ser tratados como iguais e fatorados fora da equação acima, deixando a fórmula para a gravidade específica como:
(massa de material ÷ massa de água)
Como a densidade dividida pela densidade e a massa dividida pela massa não têm unidade, a gravidade específica também não tem unidade. É simplesmente um número.
A massa de água em um recipiente de água fixa mudará com a temperatura da água, que na maioria dos casos está próxima da temperatura da sala em que ela se encontra por um tempo. Lembre-se de que a densidade da água diminui com a temperatura à medida que a água se expande. Especificamente, a água a uma temperatura de 10 C tem uma densidade de 0,9997 g / ml, enquanto a água a 20 C tem uma densidade de 0,9982 g / ml. Água a 30 C tem uma densidade de 0,9956 g / ml. Essas diferenças de décimos de um por cento podem parecer triviais na superfície, mas quando você quiser determinar a densidade de uma substância com grande precisão, você realmente tem que recorrer ao uso de gravidade.
Unidades e termos relacionados
Volume específico, denotado por v (pequeno "v," e não deve ser confundido com velocidade; contexto deve ser útil aqui), é um termo aplicado a gases, e é o volume do gás dividido por sua massa, ou V / m. Este é apenas o recíproco da densidade do gás. As unidades aqui são geralmente m3/ kg em vez de ml / g, sendo o último o que você poderia esperar dada a unidade de densidade mais comum. Por que isso pode ser? Bem, considere a natureza dos gases: eles são muito difusos e coletar uma massa significativa deles não é fácil, a menos que seja possível lidar com volumes maiores.
Além disso, o conceito de flutuabilidade está relacionado à densidade. Em uma seção anterior, foi observado que objetos mais densos exercem mais pressão para baixo do que objetos menos densos. De maneira mais geral, isso implica que um objeto colocado na água afundará se sua densidade for maior que a da água, mas flutuará se sua densidade for menor que a da água. Como você explicaria o comportamento dos cubos de gelo, baseado apenas no que leu aqui?
Em qualquer caso, a força de empuxo é a força de um fluido em um objeto imerso naquele fluido que se opõe à força da gravidade que compele o objeto a afundar. Quanto mais denso for um fluido, maior será a força de empuxo que ele exercerá sobre um determinado objeto, refletida na menor probabilidade de afundamento desse objeto.