Kako rešiti specifično težo

"Specifična teža" je na prvi pogled nekoliko zavajajoč izraz. To nima veliko opraviti z gravitacijo, kar je očitno nepogrešljiv koncept pri številnih fizikalnih problemih in aplikacijah. Namesto tega se nanaša na količino snovi (mase) določene snovi znotraj določene prostornine, postavljena proti standardu morda najbolj vitalne in vseprisotne snovi, ki jo pozna človeštvo - vode.

Medtem ko specifična teža ne uporablja izrecno vrednosti gravitacije Zemlje (ki se pogosto imenuje sila, v resnici pa ima enote pospešek v fiziki - 9,8 metra na sekundo na sekundo na površju planeta, natančneje), gravitacija je posreden vidik, ker stvari, ki so "težje", imajo višje vrednosti specifične teže kot stvari, ki so "lažje". Kaj pa besede "težka" in "lahka" sploh pomenijo v formalni smisel? No, temu je namenjena fizika.

Prvič, specifična teža je zelo tesno povezana z gostoto in izrazi se pogosto uporabljajo medsebojno. Kot pri mnogih konceptih v svetu znanosti je tudi to na splošno sprejemljivo, toda če upoštevamo vpliv, ki ga imajo lahko majhne spremembe v pomenu in količinah na fizični svet, ni zanemarljiv Razlika.

Gostota je preprosto masa, deljena s prostornino in piko. Če dobite vrednost za maso nečesa in veste, koliko prostora zavzame, lahko takoj izračunate njegovo gostoto. (Tudi tu se lahko pojavijo koprivne težave. Ta izračun predpostavlja, da ima material po svoji masi in prostornini enakomerno sestavo in da je njegova gostota zato enakomerna. V nasprotnem primeru vse, kar računate, je povprečna gostota, ki lahko ustreza zahtevam obravnavane težave ali pa tudi ne.)

Seveda pomaga imeti številko, ki je smiselna, ko končate z izračunom - tisto, ki se pogosto uporablja. Torej, če imate maso nečesa v unčah in prostornino v mikrolitrih, recimo, če delite maso na volumen, da dobite gostoto, vam ostanejo zelo nerodne enote unč na mikrolitre. Namesto tega si prizadevajte za eno od običajnih enot, na primer g / ml ali grame na mililiter (kar je enako kot g / cm³, ali gramov na kubični centimeter). Po prvotni definiciji ima 1 ml čiste vode maso zelo, zelo blizu 1 g, tako blizu, da se gostota vode za vsakdanje namene skoraj vedno preprosto zaokroži na "natančno" 1; zaradi tega je g / ml še posebej priročna enota in pride v poštev v določeni teži.

Gostota snovi je redko stalna. To še posebej velja za tekočine in pline (torej tekočine), ki so bolj občutljivi na spremembe temperature kot trdne snovi. Tekočine in plini prilagajajo tudi dodatek dodatne mase brez spremembe prostornine, tako da trdne snovi ne morejo.

Na primer, voda je v tekočem stanju med 0 stopinjami Celzija in 100 C. Ko se segreje od spodnjega konca tega območja do višjega, se širi. To pomeni, da enaka količina porabi vedno več volumna z naraščajočo temperaturo. Posledično voda z naraščajočo temperaturo postane manj gosta.

Drug način, kako tekočine spreminjajo gostoto, je dodajanje delcev, ki se raztopijo v tekočini, imenovanih topljene snovi. Na primer, sladka voda vsebuje zelo malo soli (natrijev klorid), medtem ko jo morska voda znano vsebuje. Ko sol dodamo vodi, se njena masa poveča, njen volumen pa se za vse praktične namene ne. To pomeni, da je morska voda bolj gosta od sladke in da je morska voda s posebno visoko slanostjo (vsebnostjo soli) bolj gosta od tipične morske vode ali morske vode z razmeroma malo soli, na primer tiste ob izlivu večje sladke vode reka.

Posledica teh razlik je ta, ker manj gosti materiali izvajajo nižji pritisk navzdol kot bolj gosti materiali voda pogosto tvori plasti zaradi razlik v temperaturi, slanosti ali nekaterih kombinacija. Na primer, vodo, ki je že blizu površine vode, bo sonce ogrevalo bolj kot globlje vode, zaradi česar je ta površinska voda manj gosta in zato še večja verjetnost, da se zadrži na plasteh vode spodaj.

Enote specifične teže so ne enako kot za gostoto, ki je masa na enoto prostornine. To je zato, ker se formula specifične teže nekoliko razlikuje: je gostota materiala, ki se preučuje, deljena z gostoto vode. Bolj formalno je enačba specifične teže:

(masa materiala ÷ prostornina materiala) ÷ (masa vode ÷ prostornina vode)

Če se z isto posodo meri tako prostornina vode kot prostornina snovi, potem te prostornine lahko obravnavamo kot enake in jih upoštevamo iz zgornje enačbe, pri čemer ostane formula za specifično težo kot:

(masa materiala ÷ masa vode)

Ker sta gostota, deljena z gostoto in masa, deljena z maso, brez enot, je tudi specifična teža brez enot. To je preprosto številka.

Masa vode v posodi s fiksno vodo se bo spreminjala s temperaturo vode, ki je v večini primerov blizu temperature prostora, v katerem je, če nekaj časa sedi. Spomnimo se, da gostota vode pada s temperaturo, ko se voda širi. Natančneje, voda pri temperaturi 10 C ima gostoto 0,9997 g / ml, medtem ko ima voda pri 20 C gostoto 0,9982 g / ml. Voda pri 30 C ima gostoto 0,9956 g / ml. Te desetinke odstotkov se na videz morda zdijo nepomembne, toda kadar želite določite gostoto snovi z veliko natančnostjo, se res morate zateči k uporabi določene gravitacija.

Specifična prostornina, označena z v (majhen "v" in ga ne smemo zamenjati s hitrostjo; tu bi moral biti v pomoč), je izraz, ki se uporablja za pline in je prostornina plina, deljena z maso ali V / m. To je zgolj recipročna vrednost gostote plina. Enote tukaj so običajno m³/ kg in ne ml / g, slednje je tisto, kar bi lahko pričakovali glede na najpogostejšo enoto gostote. Zakaj bi to lahko bilo? No, razmislite o naravi plinov: so zelo razpršeni in njihovo veliko maso ni enostavno zbrati, razen če se lahko ukvarjamo z večjimi količinami.

Poleg tega je pojem vzgona povezan z gostoto. V prejšnjem poglavju smo ugotovili, da bolj gosti predmeti izvajajo večji pritisk navzdol kot manj gosti predmeti. Na splošno to pomeni, da se predmet, postavljen v vodo, pogrezne, če je njegova gostota večja od gostote vode, in plava, če je njegova gostota manjša od gostote vode. Kako bi razložili vedenje ledenih kock samo na podlagi tega, kar ste prebrali tukaj?

V vsakem primeru je vzgonska sila sila tekočine na predmet, potopljen v to tekočino, ki nasprotuje sili teže, ki prisili objekt, da se potopi. Bolj ko je tekočina gosta, večjo vzgonsko silo bo izvajala na dani predmet, kar se odraža v nižji verjetnosti, da ta objekt ponikne.