Како решити одређену тежину

„Специфична тежина“ је на први поглед помало обмањујући појам. То нема пуно везе са гравитацијом, што је очигледно незаменљив концепт у низу физичких проблема и примена. Уместо тога, односи се на количину материје (масе) одређене супстанце унутар дате запремине, постављена у складу са стандардом можда највиталније и најприсутније супстанце познате човечанству - воде.

Иако специфична тежина не користи експлицитно вредност гравитације Земље (која се често назива силом, али у ствари има јединице убрзање у физици - тачније 9,8 метара у секунди у секунди на површини планете), гравитација је индиректно разматрање јер ствари које су „теже“ имају веће вредности специфичне тежине од ствари које су „лакше“. Али шта уопште значе речи попут „тешка“ и „лагана“ формални смисао? Па, томе служи физика.

Прво, специфична тежина је веома уско повезана са густином и изрази се често користе наизменично. Као и код многих концепата у свету науке, ово је генерално прихватљиво, али када се узме у обзир ефекат који мале промене у значењу и количинама могу имати на физички свет, није занемарљив разлика.

Густина је једноставно маса подељена са запремином, тачка. Ако вам је дата вредност масе нечега и знате колико простора заузима, можете одмах израчунати његову густину. (Чак и овде могу настати проблеми са копривом. Овим прорачуном се претпоставља да материјал има једнолике саставе у целој својој маси и запремини и да је због тога његова густина уједначена. Иначе, све што израчунавате је просечна густина, која може или не мора одговарати захтевима датог проблема.)

Наравно, помаже вам имати број који има смисла када завршите са прорачуном - онај који се обично користи. Дакле, ако имате масу нечега у унцама, а запремину у микролитрима, рецимо, поделом масе по запремини да бисте добили густину остаће вам врло незгодне јединице унци по микролитрима. Уместо тога, циљајте на једну од уобичајених јединица, попут г / мл, или грама по милилитру (што је исто што и г / цм³, или грама по кубном центиметру). Према првобитној дефиницији, 1 мл чисте воде има масу врло, врло близу 1 г, толико близу да се густина воде за свакодневне потребе готово увек једноставно заокружи на „тачно“ 1; ово чини г / мл посебно корисном јединицом и долази у обзир у одређеној тежини.

Густина супстанци је ретко константна. Ово се посебно односи на течности и гасове (односно течности), који су осетљивији на промене температуре од чврстих материја. Течности и гасови такође прилагођавају додавање додатне масе без промене запремине на начин на који чврсте супстанце не могу.

На пример, вода постоји у течном стању између 0 степени Целзијуса и 100 Ц. Како се загрева од доњег краја овог опсега до вишег краја, шири се. Односно, иста количина масе троши све више и више запремине са порастом температуре. Као резултат, вода постаје мање густа са порастом температуре.

Други начин на који течности пролазе кроз промене густине је додавање честица које се растварају у течности, званих растворене супстанце. На пример, слатка вода садржи врло мало соли (натријум хлорид), док морска вода садржи велику количину. Када се сол дода у воду, њена маса се повећава, а запремина у све практичне сврхе не. То значи да је морска вода гушћа од слатке, а да је морска вода са посебно високом сланошћу (садржајем соли) гушћа од типичне морске воде или морске воде са релативно мало соли, попут оне у близини ушћа велике слатке воде река.

Импликације ових разлика су у томе што мање густи материјали врше нижи притисак надоле него гушћи материјали, вода често ствара слојеве на основу разлика у температури, сланости или неким другим комбинација. На пример, воду која се већ налази на површини воде загреваће сунце више него што ће је дубља вода, чинећи ту површинску воду мање густом и стога још вероватнијом да се задржи на врху слојева воде испод.

Јединице специфичне тежине су не исто као и за густину, која је маса по јединици запремине. То је зато што се формула специфичне тежине мало разликује: То је густина испитиваног материјала подељена густином воде. Формалније, једначина специфичне тежине је:

(маса материјала ÷ запремина материјала) ÷ (маса воде ÷ запремина воде)

Ако се исти контејнер користи за мерење и запремине воде и запремине супстанце, онда ови запремине се могу третирати као исте и урачунати из горње једначине, остављајући формулу за специфичну тежину као што:

(маса материјала ÷ маса воде)

Пошто су густина подељена са густином и маса подељена са масом без јединице, специфична тежина је такође без јединице. То је једноставно број.

Маса воде у посуди са фиксном водом мењаће се у зависности од температуре воде, која је у већини случајева близу температуре просторије у којој се налази ако неко време седи. Подсетимо се да густина воде опада са температуром како се вода шири. Конкретно, вода на температури од 10 Ц има густину од 0,9997 г / мл, док вода на 20 Ц има густину од 0,9982 г / мл. Вода на 30 Ц има густину од 0,9956 г / мл. Ове разлике од десетина процената могу изгледати тривијално на површини, али када то желите одредите густину супстанце са великом прецизношћу, заиста морате да прибегнете употреби одређене гравитација.

Специфична запремина, означена са в (мали „в“, и не сме се мешати са брзином; контекст овде треба да буде од помоћи), термин је који се примењује на гасове и представља запремину гаса подељену са његовом масом или В / м. Ово је само реципрочна вредност густине гаса. Овде су јединице обично м³/ кг, а не мл / г, потоње је оно што бисте могли очекивати с обзиром на најчешће јединице густине. Зашто би ово могло бити? Па, узмите у обзир природу гасова: Они су врло дифузни и сакупљање значајне масе од њих није лако уколико неко не може да ради у већим количинама.

Поред тога, појам узгона повезан је са густином. У претходном одељку примећено је да гушћи предмети врше већи притисак надоле него мање густи предмети. Уопштеније, то подразумева да ће објекат смештен у воду потонути ако је његова густина већа од густине воде, али да ће плутати ако је његова густина мања од густине воде. Како бисте објаснили понашање коцкица леда само на основу онога што сте овде прочитали?

У сваком случају, узгонска сила је сила течности на предмет уроњен у ту течност која се супротставља сили гравитације која приморава предмет да потоне. Што је флуид течнији, то ће већу полетну силу вршити на дати предмет, што се одражава у мањој вероватноћи да тај објекат потоне.