Cum se determină gravitatea specifică

Știind exact ce cantitate dintr-o anumită substanță este prezentă ca parte a evaluării proprietăților fizice și chimice ale substanței, este esențial pentru știință. Cantitățile contează - foarte mult! Probabil că vă gândiți „Bine, să trecem de lucrurile evidente” în acest moment, dar luați în considerare întrebarea ce înseamnă „suma”. Dacă te-ar întreba cinevacât de mult este acolo, ce i-ai spune?

Majoritatea dintre noi probabil ar interpreta această întrebare ca „Cât cântăriți?” sau eventual „Cât de înaltă ești?” Există, totuși, o mulțime de răspunsuri la fel de plauzibile. De exemplu, cât volum (de exemplu, în litri) ocupă corpul tău? Câți atomi sau celule individuale conține?

Masa este o modalitate de a urmări „lucrurile” din univers și se referă la cât de multă materie este prezentă; acest lucru este independent de volum, care descrie pur și simplu cantități de spațiu tridimensional. Raportul acestor două cantități, numit densitate, prezintă un interes natural, la fel ca un verișor apropiat, numit

La un moment dat, pur și simplu rămâne fără cuvinte pentru a descrie un concept, și așa este cu materia. O modalitate de a te gândi la materie este că este vorba despre orice acționează gravitația și te-ai putea ocupa teoretic de orice fel de materie cu mâinile tale dacă mâinile tale erau suficient de mici și vezi-o cu ochii tăi dacă ai avea supranatural de puternic viziune.

Materia constă din una sau mai multeelemente, din care 92 apar în natură. Elementele nu pot fi descompuse în alte părți și își păstrează în continuare proprietățile; cea mai mică unitate completă a unui element este unatom. O bucată mare de materie poate consta în trilioane de atomi dintr-un singur element, cum ar fi un kilogram de aur pur. Mai des, diferite elemente se combină pentru a forma compuși, cum ar fi hidrogenul (H) și oxigenul (O) care se combină pentru a forma apa (H₂O).

Masa și greutatea sunt unități de măsură similare, dar distincte. Masa descrie pur și simplu cantitatea de materie prezentă indiferent de factorii externi, iar unitatea de masă SI (Sistem internațional sau metric) este kilogramul (kg). În problemele fizice care implică greutatea specifică, se folosește gramul (g), care este 1 / 1.000 dintr-un kilogram.

Greutatea unui obiect depinde de gravitația la care este supusă masa sa și are unități de forță, care în sistemul SI este newtonul (N). Pe Pământ, această valoare nu se schimbă în mod perceptibil, astfel încât masa și greutatea sunt adesea folosite în mod interschimbabil. Dar pe lună, dacă gravitația este mai puțin puternică, masa ta ar fi aceeași, dar greutatea ta (masamori de greutateg) ar fi proporțional mai slab.

Volumul se referă la o cantitate de spațiu tridimensional. Este cubul lungimii, iar unitatea SI este litrul (L). Un litru este reprezentat de un cub de 10 centimetri sau cm (0,1 metri sau m) pe o parte. Probabil că sunteți familiarizat cu această selecție de volum, în general, din cauza numărului de sticle de băuturi de 1 litru fabricate.

În sine, „volumul” este doar un spațiu definit matematic, poate așteaptă să fie ocupat de materie, poate nu așteaptă. Cu toate acestea, atunci când materia ocupă acel spațiu, efectele rezultate vor fi diferite, atunci când cantități diferite de materie sunt plasate în aceeași cantitate de spațiu. Știi asta intuitiv; când transportați o cutie cu ambalaje de alune și aer, treaba dvs. este mai ușoară decât atunci când aceeași cutie deținea un transport de manuale cu câteva clipe mai devreme.

Raportul dintre masă și volum, cunoscut și sub denumirea de „diviziune masă după volum”, se numește densitate. Dar relația unică a apei cu tot ceea ce am menționat până acum nu a fost încă descrisă.

Densitatea nu are o unitate proprie în fizică, nu necesită cu adevărat una, dat fiind că este derivată din o mărime fizică fundamentală (masa) și una ușor derivată din alta (volumul are unități cubice de lungime). În mod normal, este reprezentată de litera greacă rho sau ρ:

Puteți vedea că densitatea are unități de kg / L în sistemul SI, dar în problemele de fizică, unitatea g / mL este adesea utilizată. (Deoarece acesta din urmă îl reprezintă pe primul cu masa și volumul împărțit la 1.000, kg / L și g / ml sunt de fapt echivalente.)

Veți descoperi că majoritatea ființelor vii și multe substanțe comune care participă la reacțiile biochimice au densități similare cu cele ale apei; aceasta rezultă din faptul că majoritatea ființelor vii constau în mare parte sau în principal din H₂O.

Această explorare a distrus faptul că apa este peste tot nu pentru a risipi temerile de secetă, ci deoarece fizicienii și chimiștii au venit cu o modalitate ușoară de a explica mici modificări ale densitățiila feltip de materie: Greutate specifică, un număr adimensional care reprezintă doar raportul dintre densitatea fluidului și cea a apei - cu o răsucire.

Prin definiție, 1 ml de apă neadulterată are o masă de 1 g. Un litru a fost ales inițial pentru a fi cantitatea de apă care avea o masă de exact 1 kg. Problema cu acest lucru este că, după cum au învățat cercetătorii mai moderni, greutatea specifică a apei variază de fapt în funcție de temperatură chiar și pe intervale mici de zi cu zi (mai multe despre aceasta mai târziu). Dar, în timp ce densitatea apei este aproape întotdeauna pur și simplu rotunjită la „exact” 1 în scopuri cotidiene, aceasta nu este de fapt o constantă.

• Rețineți că cuvântul „gravitație” poate fi confuz, deoarece gravitația din fizică are unități de accelerație și este independentă de această discuție.

Înainte de a scufunda pe deplin în greutatea specifică, este demonstrată importanța și eleganța densității - principiul lui Arhimede. Pur și simplu, aceasta afirmă că forța cu acțiune ascendentă (flotantă) exercitată asupra unui corp scufundat într-un fluid (de obicei apă) este egală cu greutatea fluidului deplasat de corp:F_B= w​_f.

Acest lucru explică de ce navele sunt în mare parte goale. Materialele folosite pentru fabricarea lor sunt mai dense decât apa, ceea ce înseamnă că dacă aceste materiale ar fi comprimate, „nava” și-ar deplasa propriul volum în apă și ar avea o greutate suficientă pentru a o face să se scufunde. Dar dacă volumul navei este mărit prin plasarea unei corpuri goale la baza sa, densitatea totală scade și nava rămâne pe linia de plutire.

Dispozitivul cel mai adesea folosit pentru a determina greutatea specifică a unui fluid atunci când valoarea acestuia este necunoscută se numește ahidrometru. Acestea vin într-o serie de forme, dar construcția de bază este un tub ponderat în partea de jos, astfel încât acesta se va scufunda într-un anumit punct al fluidului de testare, care se sprijină într-un cilindru gradat pentru măsurare volum.

De la cunoașterea volumului de fluid, tubul ponderat se deplasează și greutatea porțiunii scufundate, împreună cu temperatura camerei până la determină adevărata densitate a apei în aceste condiții, densitatea și greutatea specifică a fluidului pot fi determinate din Archimedes principiu.

O privire asupra graficului din Resurse arată că greutatea specifică a apei rămâne foarte aproape de 1.000 în intervalul 0-10 grade Celsius, dar scade apoi la o rată mai mult sau mai puțin constantă la aproximativ 0,960 pe măsură ce temperatura se apropie de punctul de fierbere a apei de 100 C. Atunci când substanțe precum medicamentele sunt adesea măsurate și preparate în micrograme, este vital să poți explica în practică astfel de diferențe aparent banale.