„Gravitatea specifică” este, pe fața sa, un termen oarecum înșelător. Are puțin de-a face cu gravitația, care este evident un concept indispensabil într-o serie de probleme și aplicații fizice. În schimb, se referă la cantitatea de materie (masă) a unei substanțe specifice într-un volum dat, în raport cu standardul substanței, probabil, cea mai vitală și omniprezentă cunoscută de omenire - apă.
În timp ce gravitația specifică nu folosește în mod explicit valoarea gravitației Pământului (care este adesea denumită forță, dar are de fapt unități de accelerare în fizică - 9,8 metri pe secundă pe secundă la suprafața planetei, mai exact), gravitația este o considerație indirectă deoarece lucrurile care sunt „mai grele” au valori de greutate specifică mai mari decât lucrurile care sunt „mai ușoare”. Dar ce înseamnă chiar cuvinte precum „greu” și „ușor” sensul formal? Ei bine, pentru asta este fizica.
Densitate: Definiție
În primul rând, greutatea specifică este foarte strâns legată de densitate, iar termenii sunt adesea folosiți interschimbabil. La fel ca în cazul multor concepte din lumea științei, acest lucru este în general acceptabil, dar atunci când se ia în considerare efect pe care micile schimbări de semnificație și cantități îl pot avea asupra lumii fizice, nu este un neglijabil diferență.
Densitatea este pur și simplu masă împărțită la volum, punct. Dacă vi se oferă o valoare pentru masa a ceva și știți cât spațiu ocupă, puteți calcula imediat densitatea acestuia. (Chiar și aici pot apărea probleme urâcioase. Acest calcul presupune că materialul are compoziții uniforme pe toată masa și volumul său și că densitatea sa este, prin urmare, uniformă. În caz contrar, tot ceea ce calculați este o densitate medie, care poate fi sau nu în regulă pentru cerințele problemei la îndemână.)
Desigur, este util să aveți un număr care are sens atunci când ați terminat calculul - unul care este utilizat în mod obișnuit. Deci, dacă aveți masa de ceva în uncii și volumul în microlitri, să spunem, împărțirea masei la volum pentru a obține densitate vă lasă cu unități foarte incomode de uncii pe microlitri. În schimb, vizează una dintre unitățile comune, cum ar fi g / ml, sau grame pe mililitru (care este același lucru ca g / cm3, sau grame pe centimetru cub). Prin definiția inițială, 1 ml de apă pură are o masă foarte, foarte aproape de 1 g, atât de aproape încât densitatea apei este aproape întotdeauna pur și simplu rotunjită la „exact” 1 în scopuri cotidiene; acest lucru face din g / ml o unitate deosebit de utilă și intră în joc în greutate specifică.
Factori care afectează densitatea
Densitatea substanțelor este rareori constantă. Acest lucru este valabil mai ales pentru lichide și gaze (adică fluide), care sunt mai sensibile la schimbările de temperatură decât solidele. Lichidele și gazele găzduiesc, de asemenea, adăugarea de masă suplimentară fără modificări de volum într-un mod în care solidele nu pot.
De exemplu, apa există în stare lichidă între 0 grade Celsius și 100 C. Pe măsură ce se încălzește de la capătul inferior al acestui interval la capătul superior, se extinde. Adică, aceeași cantitate de masă consumă din ce în ce mai mult volum odată cu creșterea temperaturii. Ca urmare, apa devine mai puțin densă odată cu creșterea temperaturii.
Un alt mod prin care lichidele suferă modificări de densitate este adăugarea de particule care se dizolvă în lichid, numite substanțe dizolvate. De exemplu, apa proaspătă conține foarte puțină sare (clorură de sodiu), în timp ce apa de mare conține foarte mult din ea. Când sarea este adăugată în apă, masa sa crește, în timp ce volumul acesteia, în toate scopurile practice, nu. Aceasta înseamnă că apa de mare este mai densă decât apa dulce și că apa de mare cu salinitate deosebit de mare (conținut de sare) este mai dens decât apa de mare tipică sau apa de mare cu relativ puțină sare, cum ar fi cea de lângă gura unei ape dulci majore râu.
Implicația acestor diferențe este că, deoarece materialele mai puțin dense exercită o cantitate mai mică de presiune descendentă decât materialele mai dense, apa formează adesea straturi pe baza diferențelor de temperatură, salinitate sau unele combinaţie. De exemplu, apa deja aproape de suprafața apei va fi încălzită de soare mai mult decât o va face apa mai adâncă, făcând acea apă de suprafață mai puțin densă și, prin urmare, chiar mai probabil să se mențină în vârful straturilor de apă sub.
Gravitate specifică: definiție
Unitățile de greutate specifice sunt nu la fel ca pentru densitate, care este masa pe unitate de volum. Acest lucru se datorează faptului că formula greutății specifice este ușor diferită: este densitatea materialului în studiu împărțită la densitatea apei. Mai formal, ecuația gravitației specifice este:
(masa materialului ÷ volumul materialului) ÷ (masa apei ÷ volumul apei)
Dacă același recipient este utilizat pentru a măsura atât volumul de apă, cât și volumul substanței, atunci acestea volumele pot fi tratate la fel și luate în calcul din ecuația de mai sus, lăsând formula pentru greutatea specifică la fel de:
(masa materialului ÷ masa apei)
Deoarece densitatea împărțită la densitate și masa împărțită la masă sunt ambele fără unitate, greutatea specifică este, de asemenea, fără unitate. Este pur și simplu un număr.
Masa de apă dintr-un recipient cu apă fixă se va schimba odată cu temperatura apei, care, în majoritatea cazurilor, este aproape de temperatura camerei în care se află, dacă stă o vreme. Amintiți-vă că densitatea apei scade odată cu temperatura pe măsură ce apa se extinde. Mai exact, apa la o temperatură de 10 C are o densitate de 0,9997 g / ml, în timp ce apa la 20 C are o densitate de 0,9982 g / ml. Apa la 30 C are o densitate de 0,9956 g / ml. Aceste diferențe de zecimi la sută pot părea banale la suprafață, dar când doriți pentru a determina densitatea unei substanțe cu mare precizie, trebuie să recurgeți la utilizarea specifică gravitatie.
Unități și termeni asociați
Volum specific, notat cu v (mic "v", și nu trebuie confundat cu viteza; contextul ar trebui să fie de ajutor aici), este un termen aplicat gazelor și este volumul gazului împărțit la masa sa sau V / m. Acesta este doar reciprocul densității gazului. Unitățile de aici sunt de obicei m3/ kg mai degrabă decât ml / g, acesta din urmă fiind ceea ce v-ați putea aștepta având în vedere cea mai comună unitate de densitate. De ce ar putea fi asta? Ei bine, luați în considerare natura gazelor: acestea sunt foarte difuze și colectarea unei mase semnificative din acesta nu este ușoară decât dacă cineva este capabil să se ocupe de volume mai mari.
În plus, conceptul de flotabilitate este legat de densitate. Într-o secțiune anterioară, s-a observat că obiectele mai dense exercită o presiune descendentă mai mare decât obiectele mai puțin dense. Mai general, acest lucru implică faptul că un obiect plasat în apă se va scufunda dacă densitatea sa este mai mare decât cea a apei, dar plutesc dacă densitatea sa este mai mică decât cea a apei. Cum ați explica comportamentul cuburilor de gheață, bazându-vă doar pe ceea ce ați citit aici?
În orice caz, forța plutitoare este forța unui fluid asupra unui obiect scufundat în acel fluid care contracarează forța gravitațională care obligă obiectul să se scufunde. Cu cât un fluid este mai dens, cu atât este mai mare forța flotantă pe care o va exercita asupra unui obiect dat, reflectată în probabilitatea mai mică de scufundare a acelui obiect.