Ako vyriešiť špecifickú gravitáciu

„Merná hmotnosť“ je na prvý pohľad trochu zavádzajúci pojem. Nemá to veľa spoločného s gravitáciou, čo je zjavne nepostrádateľný koncept v rade fyzikálnych problémov a aplikácií. Namiesto toho sa týka množstva hmoty (hmotnosti) konkrétnej látky v danom objeme, postavené proti štandardu asi najdôležitejšej a všadeprítomnej látky známej ľudstvu - voda.

Zatiaľ čo špecifická gravitácia výslovne nepoužíva hodnotu gravitácie Zeme (ktorá sa často označuje ako sila, ale v skutočnosti má jednotky zrýchlenie fyziky - presnejšie 9,8 metra za sekundu na povrchu planéty), gravitácia je nepriama úvaha, pretože veci, ktoré sú „ťažšie“, majú vyššie hodnoty špecifickej hmotnosti ako veci, ktoré sú „ťažšie“. Čo však znamená slovo „ťažké“ a „ľahké“ formálny zmysel? No na to slúži fyzika.

Po prvé, špecifická hmotnosť veľmi úzko súvisí s hustotou a tieto výrazy sa často používajú zameniteľné. Rovnako ako v prípade mnohých koncepcií vo svete vedy, je to všeobecne prijateľné, ale pri zvažovaní vplyv, ktorý môžu mať malé zmeny vo význame a množstve na fyzický svet, nie je to zanedbateľné rozdiel.

Hustota je jednoducho hmotnosť vydelená objemom, bodka. Ak dostanete hodnotu hmotnosti niečoho a viete, koľko miesta zaberá, môžete okamžite vypočítať jeho hustotu. (Aj tu môžu vzniknúť nepríjemné problémy. Tento výpočet predpokladá, že materiál má jednotné zloženie v celej svojej hmotnosti a objeme, a že jeho hustota je preto rovnomerná. Inak vypočítate iba priemernú hustotu, ktorá môže alebo nemusí vyhovovať požiadavkám daného problému.)

Samozrejme, pomáha, keď máte pri výpočte číslo, ktoré má zmysel - také, ktoré sa bežne používa. Takže ak máte hmotnosť niečoho v unciach a objem v mikrolitroch, povedzme, delenie hmotnosti na objem a získanie hustoty vám zanechá veľmi nepríjemné jednotky uncí na mikroliter. Namiesto toho sa zamerajte na jednu zo bežných jednotiek, napríklad g / ml alebo gramy na mililiter (čo je to isté ako g / cm³alebo gramy na kubický centimeter). Podľa pôvodnej definície má 1 ml čistej vody hmotnosť veľmi, veľmi blízko 1 g, tak blízko, že hustota vody je pre každodenné účely takmer vždy zaokrúhlená na „presne“ 1; vďaka tomu je g / ml zvlášť praktická jednotka a do hry vstupuje so špecifickou hmotnosťou.

Hustota látok je zriedka konštantná. Platí to najmä pre kvapaliny a plyny (tj. Tekutiny), ktoré sú citlivejšie na zmeny teploty ako pevné látky. Kvapaliny a plyny tiež umožňujú pridanie extra hmoty bez zmeny objemu spôsobom, ktorý pevné látky nedokážu.

Napríklad voda existuje v tekutom stave medzi 0 stupňov Celzia a 100 ° C. Keď sa otepľuje od dolného konca tohto rozsahu k hornému koncu, rozširuje sa. To znamená, že rovnaké množstvo hmoty spotrebuje so stúpajúcou teplotou čoraz väčší objem. Výsledkom je, že voda so zvyšujúcou sa teplotou klesá.

Ďalším spôsobom, ako kvapaliny prechádzajú zmenami hustoty, je pridávanie častíc, ktoré sa v kvapaline rozpúšťajú, a ktoré sa nazývajú rozpustené látky. Napríklad sladká voda obsahuje veľmi málo solí (chlorid sodný), zatiaľ čo morská voda ju slávne obsahuje. Po pridaní soli do vody sa jej hmotnosť zvýši, zatiaľ čo jej objem zo všetkých praktických dôvodov nie. To znamená, že morská voda je hustejšia ako sladká voda a morská voda s obzvlášť vysokou slanosťou (obsahom soli) je hustejšia ako typická morská voda alebo morská voda s relatívne malým obsahom soli, napríklad v blízkosti ústia veľkej sladkej vody rieka.

Dôsledkom týchto rozdielov je to, že menej husté materiály vyvíjajú menšie množstvo tlaku smerom dole než hustejšie materiály vytvára voda často vrstvy na základe rozdielov teplôt, slanosti alebo niektorých iných látok kombinácia. Napríklad voda, ktorá sa už nachádza v blízkosti vodnej hladiny, bude slnkom ohrievaná viac ako voda hlbšia, čím je táto povrchová voda menej hustá, a preto je ešte pravdepodobnejšie, že sa udrží na vrstvách vody pod.

Jednotky špecifickej hmotnosti sú nie to isté ako pre hustotu, čo je hmotnosť na jednotku objemu. Je to preto, lebo vzorec špecifickej hmotnosti je mierne odlišný: je to hustota študovaného materiálu vydelená hustotou vody. Formálnejšie je rovnica špecifickej hmotnosti:

(hmotnosť materiálu ÷ objem materiálu) ÷ (hmotnosť vody ÷ objem vody)

Ak sa na meranie objemu vody a objemu látky použije rovnaká nádoba, potom tieto objemy môžu byť považované za rovnaké a zohľadnené z vyššie uvedenej rovnice, pričom vzorec zostáva pre špecifickú hmotnosť ako:

(hmotnosť materiálu ÷ hmotnosť vody)

Pretože hustota delená hustotou a hmotnosť delená hmotnosťou sú obidve bezjednotkové, merná hmotnosť je tiež bezjednotková. Je to jednoducho číslo.

Hmota vody v nádobe so stálou vodou sa bude meniť s teplotou vody, ktorá sa vo väčšine prípadov blíži teplote miestnosti, v ktorej sa nachádza, ak na chvíľu sedí. Pripomeňme, že hustota vody klesá s teplotou, keď sa voda rozširuje. Konkrétne voda pri teplote 10 ° C má hustotu 0,9997 g / ml, zatiaľ čo voda pri 20 ° C má hustotu 0,9982 g / ml. Voda pri 30 ° C má hustotu 0,9956 g / ml. Tieto rozdiely desatín percenta sa môžu na povrchu zdať malicherné, ale keď chcete na stanovenie hustoty látky s veľkou presnosťou, musíte sa uchýliť k použitiu špecifického gravitácia.

Špecifický objem, označený v (malé „v“) a nesmie sa zamieňať s rýchlosťou; Tu by mal pomôcť kontext), je termín používaný pre plyny a je to objem plynu vydelený jeho hmotnosťou alebo V / m. Toto je iba prevrátená hodnota hustoty plynu. Jednotky sú tu zvyčajne m³/ kg a nie ml / g, čo je to, čo by ste mohli očakávať vzhľadom na najbežnejšiu jednotku hustoty. Prečo by to mohlo byť tak? Zvážte povahu plynov: Sú veľmi rozptýlené a zhromaždiť ich značné množstvo nie je ľahké, pokiaľ človek nedokáže pracovať vo väčších objemoch.

Pojem vztlak navyše súvisí s hustotou. V predchádzajúcej časti bolo poznamenané, že objekty s vyššou hustotou vyvíjajú väčší tlak nadol ako objekty s nízkou hustotou. Všeobecnejšie to znamená, že predmet vložený do vody sa potopí, ak je jeho hustota vyššia ako hustota vody, ale vznáša sa, ak je jeho hustota menšia ako hustota vody. Ako by ste vysvetlili správanie kociek ľadu iba na základe toho, čo ste si tu prečítali?

V každom prípade vztlaková sila je sila tekutiny na predmet ponorený do tejto tekutiny, ktorá kompenzuje gravitačnú silu, ktorá núti predmet klesnúť. Čím hustejšia je tekutina, tým väčšia vztlaková sila bude na daný objekt pôsobiť, čo sa odráža v nízkej pravdepodobnosti potopenia tohto objektu.