Ako určiť špecifickú hmotnosť

Veda má ústredné postavenie v presnom poznaní množstva danej látky v rámci hodnotenia jej fyzikálnych a chemických vlastností. Na množstve záleží - veľa! Pravdepodobne si v tejto chvíli myslíte: „Dobre, poďme okolo zjavných vecí“, ale zvážte otázku, čo to „množstvo“ znamená. Keby sa vás niekto spýtalkoľko je vás tam, čo by ste jej povedali?

Väčšina z nás by si pravdepodobne túto otázku vyložila ako „Koľko vážite?“ alebo prípadne „Aká si vysoká?“ Existuje však veľa rovnako vierohodných odpovedí. Napríklad koľko objemu (povedzme v litroch) zaberá vaše telo? Koľko jednotlivých atómov alebo buniek obsahuje?

Omša je jedným zo spôsobov, ako sledovať „veci“ vo vesmíre, a odkazuje na to, koľko hmoty je prítomných; toto je nezávislé od objemu, ktorý jednoducho popisuje množstvá trojrozmerného priestoru. Pomer týchto dvoch veličín, ktorý sa nazýva hustota, je prirodzene zaujímavý, rovnako ako blízky bratranecšpecifická hmotnosť. Meranie špecifickej hmotnosti je obsiahnuté v súbore nástrojov fyziky najmä kvôli univerzálnej povahe vody, ako sa čoskoro dozviete.

V určitom okamihu človeku dôjdu slová, aby sa dal popísať pojem, a tak je to aj s hmotou. Jedným zo spôsobov, ako myslieť na hmotu, je to, že na ňu pôsobí čokoľvek gravitáciou a teoreticky by ste mohli držať akýkoľvek druh hmoty rukami, ak boli ruky dosť maličké, a uvidíš to na vlastné oči, ak si bol nadprirodzene mocný vízia.

Hmota sa skladá z jedného alebo viacerýchprvkov, z ktorých 92 sa vyskytuje v prírode. Prvky nie je možné ďalej rozdeliť na iné časti a stále si zachovať svoje vlastnosti; najmenšia úplná jednotka prvku jeatóm. Veľký kus hmoty môže pozostávať z biliónov atómov jedného prvku, napríklad z libry rýdzeho zlata. Častejšie sa rôzne prvky kombinujú za vzniku zlúčenín, ako je napríklad vodík (H) a kyslík (O), ktoré vznikajú kombináciou za vzniku vody (H)₂O).

Hmotnosť a hmotnosť sú podobné, ale odlišné merné jednotky. Hmotnosť jednoducho popisuje množstvo prítomnej hmoty bez ohľadu na vonkajšie faktory a jednotkou hmotnosti SI (medzinárodný systém alebo metrika) je kilogram (kg). Pri fyzikálnych problémoch so špecifickou hmotnosťou sa používa gram (g), čo je 1/1 000 kilogramu.

Hmotnosť objektu závisí od gravitácie, ktorej je jeho hmotnosť vystavená, a má jednotky sily, ktorými je v systéme SI newton (N). Na Zemi sa táto hodnota nezmení znateľne, takže hmotnosť a hmotnosť sa často používajú zameniteľné. Ale na Mesiaci, keby bola gravitácia menej silná, vaša hmotnosť by bola rovnaká, ale vaša hmotnosť (hmotnosťmkrát gravitáciag) by bol proporcionálne slabší.

Objem sa vzťahuje na množstvo trojrozmerného priestoru. Je to kocka dĺžky a jednotkou SI je liter (L). Jeden liter predstavuje kocka 10 centimetrov alebo cm (0,1 metra alebo m) na boku. S týmto výberom objemu ste pravdepodobne oboznámení všeobecne kvôli počtu vyrobených 1-L nápojových fliaš.

Samotný „objem“ je iba matematicky vymedzený priestor, ktorý možno čaká na obsadenie hmotou, možno nečaká. Keď hmota zaberá tento priestor, výsledné efekty budú odlišné, keď sa do rovnakého priestoru umiestni rôzne množstvo hmoty. Vy to viete intuitívne; keď so sebou nosíte škatuľu s arašidmi a vzduchom, je vaša práca ľahšia ako v prípade, keď tá istá škatuľa pred chvíľou obsahovala zásielku učebníc.

Pomer medzi hmotnosťou a objemom, inak známy ako „deliaca hmotnosť podľa objemu“, sa nazýva hustota. Ale jedinečný vzťah vody k všetkému doteraz spomenutému ešte treba popísať.

Hustota nemá svoju vlastnú jednotku vo fyzike, nie je skutočne potrebná, pretože je z nej odvodená jednu základnú fyzikálnu veličinu (hmotnosť) a jednu ľahko odvoditeľnú od druhej (objem má kubické jednotky) dĺžka). Normálne je reprezentovaný gréckym písmenom rho alebo ρ:

Vidíte, že hustota má v systéme SI jednotky kg / L, ale pri fyzikálnych problémoch sa často používa jednotka g / ml. (Pretože druhý predstavuje prvý s hmotnosťou a objemom vydeleným 1 000, kg / L a g / ml sú skutočne ekvivalentné.)

Zistíte, že väčšina živých vecí a veľa bežných látok, ktoré sa podieľajú na biochemických reakciách, majú hustotu podobnú ako voda; to vyplýva zo skutočnosti, že väčšina živých vecí sa skladá prevažne alebo primárne z H₂O.

Tento prieskum privalil k tomu, že voda nie je všade na to, aby rozptýlila obavy zo sucha, ale pretože fyzici a chemici prišli s jednoduchým spôsobom, ako zohľadniť malé zmeny v hustote theto istétyp látky: špecifická hmotnosť, bezrozmerné číslo, ktoré je iba pomerom hustoty tejto tekutiny k hustote vody - so zákrutou.

Podľa definície má 1 ml nefalšovanej vody hmotnosť 1 g. Pôvodne sa zvolilo liter ako množstvo vody, ktorá mala hmotnosť presne 1 kg. Problém je v tom, že ako sa dozvedeli modernejší vedci, špecifická hmotnosť vody sa v skutočnosti líši s teplotou aj v malých každodenných rozsahoch (o tom neskôr). Ale zatiaľ čo hustota vody je pre každodenné účely takmer vždy jednoducho zaokrúhlená na „presne“ 1, nie je to vlastne konštanta.

• Slovo gravitácia môže byť mätúce, pretože gravitácia vo fyzike má jednotky zrýchlenia a je nezávislé od tejto diskusie.

Pred úplným ponorením sa do špecifickej gravitácie je v poriadku ukážka dôležitosti a elegancie hustoty - Archimedov princíp. Jednoducho, toto hovorí, že smerom hore pôsobiaca (vztlaková) sila vyvíjaná na telo ponorené do tekutiny (zvyčajne vody) sa rovná hmotnosti tekutiny vytlačenej telom:F_B= ž​_f.

To vysvetľuje, prečo sú lode väčšinou duté. Materiály, ktoré sa na ich výrobu používajú, sú hustejšie ako voda, čo znamená, že ak by sa tieto materiály stlačili, „loď“ by vytlačila svoj vlastný objem vo vode a mala by dostatočnú hmotnosť na to, aby sa ponorila. Ale ak sa objem lode zvýši položením dutého trupu na jeho základňu, celková hustota sa zníži a loď zostane na hladine.

Zariadenie sa najčastejšie používa na stanovenie špecifickej hmotnosti kvapaliny, ak nie je známa jej hodnota, nazýva sa ahustomer. Majú mnoho podôb, ale základnou konštrukciou je rúrka, ktorá je dole vážená klesne do určitého bodu testovacej kvapaliny, ktorá leží na odmernom valci na meranie objem.

Zo znalosti objemu kvapaliny sa vytlačí vážená trubica a hmotnosť ponorenej časti spolu s teplotou miestnosti na určiť skutočnú hustotu vody za týchto podmienok, možno určiť hustotu a špecifickú hmotnosť kvapaliny z Archimeda princíp.

Pohľad na graf v zdrojoch ukazuje, že špecifická hmotnosť vody zostáva veľmi blízko 1 000 v rozmedzí od 0 do 10 stupňov Celzia, ale potom klesá viac-menej konštantnou rýchlosťou na približne 0,960, keď sa teplota blíži k bodu varu vody 100 ° C Ak sa látky, ako sú lieky, často merajú a pripravujú v mikrogramoch, je nevyhnutné vedieť v praxi zohľadniť tieto zdanlivo malicherné rozdiely.