Kako določiti specifično težo

Vedeti natančno, kakšna količina dane snovi je prisotna pri ocenjevanju njenih fizikalnih in kemijskih lastnosti, je za znanost ključnega pomena. Količine so pomembne - veliko! Verjetno v tem trenutku razmišljate: "V redu, pojdimo mimo očitnih stvari", vendar razmislite o vprašanju, kaj pomeni "znesek". Če bi vas kdo vprašalkoliko vas je tam, kaj bi ji rekel?

Verjetno bi si večina od nas to vprašanje razlagala kot "Koliko tehtate?" ali morebiti "Kako visok si?" Obstaja pa veliko enako verjetnih odgovorov. Na primer, koliko prostornine (recimo v litrih) zavzame vaše telo? Koliko posameznih atomov ali celic vsebuje?

Maša je eden od načinov za spremljanje "stvari" v vesolju in se nanaša na to, koliko snovi je prisotno; ta je neodvisen od prostornine, ki preprosto opisuje količine tridimenzionalnega prostora. Razmerje med tema dvema količinama, imenovano gostota, je seveda zanimivo, prav tako kot bližnji bratranecspecifična težnost. Merjenje specifične teže je vključeno v zbirko orodij za fiziko predvsem zaradi univerzalne narave vode, kot boste kmalu izvedeli.

Na neki točki preprosto zmanjka besed za opis koncepta, tako je tudi s snovjo. Eden od načinov razmišljanja o materiji je, da je to tisto, na kar gravitacija deluje, in teoretično bi lahko imeli kakršno koli snov z rokami, če so bile tvoje roke dovolj majhne, ​​in se prepričaj na lastne oči, če bi imel nadnaravno močne vid.

Snov je sestavljena iz enega ali večelementi, od tega 92 v naravi. Elementov ni več mogoče razčleniti na druge dele in še vedno ohranjajo svoje lastnosti; najmanjša celotna enota elementa jeatom. Velik del snovi lahko sestavljajo bilijoni atomov enega samega elementa, na primer funt čistega zlata. Pogosteje se različni elementi kombinirajo in tvorijo spojine, kot sta vodik (H) in kisik (O), ki se tvorita v vodi (H₂O).

Masa in teža sta si podobni, vendar različni merski enoti. Masa preprosto opisuje količino prisotne snovi ne glede na zunanje dejavnike, enota mase SI (mednarodni sistem ali metrika) pa je kilogram (kg). Pri fizikalnih težavah, ki vključujejo specifično težo, se uporablja gram (g), ki je 1/1000 kilograma.

Teža predmeta je odvisna od teže, ki ji je podvržena masa, in ima enote sile, ki je v sistemu SI newton (N). Na Zemlji se ta vrednost zaznavno ne spremeni, zato se masa in teža pogosto uporabljata zamenljivo. Toda na Luni, če bi bila gravitacija manj močna, bi bila vaša masa enaka, vendar teža (masamkrat gravitacijag) bi bil sorazmerno šibkejši.

Prostornina se nanaša na količino tridimenzionalnega prostora. To je kocka dolžine, enota SI pa je liter (L). En liter predstavlja kocka 10 centimetrov ali cm (0,1 metra ali m) na strani. Verjetno ste seznanjeni s to izbiro prostornine na splošno zaradi števila izdelanih 1-litrskih steklenic za pijačo.

Sam po sebi je "prostornina" le matematično definiran prostor, ki morda čaka, da ga zasede snov, morda ne čaka. Ko pa materija zasede ta prostor, pa bodo posledični učinki drugačni, ko bodo v isto količino prostora postavljene različne količine snovi. To veste intuitivno; ko nosite s seboj škatlo arašidov in zraka, je vaše delo lažje kot takrat, ko je bila v isti škatli nekaj trenutkov prej pošiljka učbenikov.

Razmerje med maso in prostornino, sicer znano kot "delitev mase po prostornini", se imenuje gostota. Toda edinstvenega odnosa vode do vsega do zdaj omenjenega še ni treba opisati.

Gostota nima svoje enote v fiziki in je tudi ne potrebuje, saj iz nje izhaja ena temeljna fizikalna količina (masa) in ena zlahka pridobljena iz druge (prostornina je v kockah enot dolžina). Običajno ga predstavlja grška črka rho ali ρ:

Vidite lahko, da ima gostota v sistemu SI enote kg / L, pri fizikalnih težavah pa se pogosto uporablja enota g / ml. (Ker slednji predstavlja prvega z maso in prostornino, deljeno s 1.000, sta kg / L in g / ml dejansko enakovredna.)

Ugotovili boste, da ima večina živih bitij in veliko skupnih snovi, ki sodelujejo v biokemičnih reakcijah, gostoto, podobno gostoti vode; to izhaja iz dejstva, da je večina živih bitij v glavnem ali predvsem sestavljena iz H₂O.

To raziskovanje je odpravilo dejstvo, da je voda povsod ne zato, da bi pregnala strah pred sušo, ampak ker so fiziki in kemiki prišli do enostavnega načina za pojasnitev majhnih sprememb v gostotienakovrsta snovi: Specifična teža, brezdimenzijsko število, ki je samo razmerje med gostoto te tekočine in gostoto vode - z zvijanjem.

Po definiciji ima 1 ml neoporečne vode maso 1 g. Za liter je bila prvotno izbrana količina vode, ki je imela maso natanko 1 kg. Težava pri tem je, da se, kot so ugotovili sodobnejši raziskovalci, specifična teža vode dejansko spreminja glede na temperaturo tudi v majhnih, vsakodnevnih območjih (več o tem kasneje). A čeprav je gostota vode za vsakodnevne namene skoraj vedno preprosto zaokrožena na "natančno" 1, to pravzaprav ni stalnica.

• Beseda "gravitacija" je lahko zmedena, saj ima gravitacija v fiziki enote pospeška in je neodvisna od te razprave.

Preden se popolnoma potopimo v specifično težo, je treba dokazati pomen in eleganco gostote - Arhimedovo načelo. To preprosto navaja, da je sila, ki deluje navzgor (vzgon), ki deluje na telo, potopljeno v tekočino (običajno vodo), enaka teži tekočine, ki jo telo izpodrine:F_B= w​_f.

To pojasnjuje, zakaj so ladje večinoma votle. Materiali, uporabljeni za njihovo izdelavo, so gostejši od vode, kar pomeni, da bi, če bi bili ti materiali stisnjeni, "ladja" izpodrinila lastno prostornino v vodi in imela zadostno težo, da bi potonila. Če pa se prostornina ladje poveča tako, da se na njeno dno postavi votli trup, se skupna gostota zmanjša in ladja ostane na površju.

Naprava najpogosteje uporablja za določanje specifične teže tekočine, kadar njena vrednost ni znana, se imenuje ahidrometer. Ti so v številnih oblikah, vendar je osnovna konstrukcija cev, obtežena na dnu, tako da bo potonil do določene točke v preskusni tekočini, ki bo v merilnem valju počivala glasnost.

Od poznavanja prostornine tekočine se utežena cev premakne in teže potopljenega dela, skupaj s temperaturo prostora do določiti resnično gostoto vode v teh pogojih, lahko gostoto in specifično težo tekočine določimo iz Arhimedovega načelo.

Že pogled na graf v virih razkriva, da ostaja specifična teža vode zelo blizu 1.000 v območju od 0 do 10 stopinjah Celzija, nato pa z bolj ali manj konstantno hitrostjo upada na približno 0,960, ko se temperatura približa vrelišču vode 100 C. Kadar snovi, kot so zdravila, pogosto merimo in pripravljamo v mikrogramih, je nujno, da lahko v praksi upoštevamo takšne na videz nepomembne razlike.