วิธีการคำนวณแรงโน้มถ่วงจำเพาะจากความหนาแน่น

แสร้งทำเป็นว่าคุณเป็นมนุษย์ต่างดาวที่เพิ่งลงมาจากดาวเคราะห์อันไกลโพ้นที่นี่และค้นพบ Earthlings ที่พูดถึงแนวคิดที่เรียกว่า แรงดึงดูดเฉพาะ. หากคุณมีสิทธิ์เข้าถึงพจนานุกรม Earth ทั่วไป (และหากคุณเดินทางหลายล้านล้านไมล์เพื่อมาที่นี่ คุณอาจใช้เวลาในการทบทวนภาษาท้องถิ่นและ ศุลกากร) และค้นหาแต่ละคำเหล่านี้อย่างอิสระ เป็นการยุติธรรมสำหรับคุณที่จะทึกทักเอาเองว่ามันเกี่ยวข้องกับการดึงบางอย่างจากวัตถุขนาดใหญ่

คุณจะได้เรียนรู้อย่างรวดเร็วแทน คำศัพท์นี้เกี่ยวข้องกับปริมาณที่คุ้นเคยที่เรียกว่า. มากกว่า ความหนาแน่น มากกว่าที่จะทำกับแรงโน้มถ่วง แม้ว่าจะมีการเชื่อมต่อที่ไม่สำคัญ เหตุผลที่คำว่ายังมีอยู่ในวิทยาศาสตร์กายภาพเลยก็เพราะช่วงที่มหาศาลของ range การประยุกต์ใช้ทรัพยากรของเหลวที่มีอยู่อย่างอุดมสมบูรณ์และมีความสำคัญมากกว่าทรัพยากรอื่น ๆ ดิน: น้ำ

มวล (ตัวย่อ ม ในสมการฟิสิกส์) เป็นปริมาณพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่แสดงถึงการมีอยู่ของสสาร วิธีหนึ่งในการพิจารณาสสารคือมีความเฉื่อย อีกประการหนึ่งคือแรงโน้มถ่วงกระทำการเร่งมวล แต่ไม่ใช่โฟตอนที่ไม่มีมวลหรือ "แพ็คเก็ต" ของแสง (มันทำให้ เล็กน้อย แต่สังเกตได้เฉพาะในบริเวณใกล้หลุมดำเท่านั้น ที่ซึ่งผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพอยู่ สำคัญ). หน่วย SI (เมตริก) คือ

ปริมาณ (วี) หมายถึงปริมาณของพื้นที่สามมิติที่ปิดในรูปแบบปกติหรือผิดปกติ มันขึ้นอยู่กับหน่วยพื้นฐานของความยาว the เมตร (ม.). เนื่องจากจำเป็นต้องใช้สามมิติ หน่วยมาตรฐานของปริมาตรที่สอดคล้องกันจึงเป็นลูกบาศก์เมตร (m³).

คุณเพิ่งเรียนรู้ว่าแรงโน้มถ่วงส่งผลต่อมวล เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น มันจะสร้างแรง ซึ่งบนโลกเรียกว่าน้ำหนัก ค่าความเร่งของแรงโน้มถ่วง ก ที่พื้นผิวโลกคือ 9.8 m/s²ดังนั้นมวล 10 กก. จะมีน้ำหนัก 10 กก. × 9.8 ม./วินาที² = 98 กก. ม./วินาที². หน่วยนี้เรียกว่า นิวตัน (N).

เมื่อคุณชั่งน้ำหนักวัตถุ มันจะส่งคืนตัวเลขเป็นปอนด์หรือกิโลกรัม ซึ่ง แทน หน่วยน้ำหนัก ในความเป็นจริง มาตราส่วนคือการวัด น้ำหนักของจำนวนกิโลกรัมที่แสดงบนโลก แต่บอกผลเป็นมวล นั่นคือ ความแตกต่างระหว่างมวลกับน้ำหนักเป็นปัจจัยในการสร้างเครื่องชั่งโลกทุกวัน

ความหนาแน่น (แสดงโดย ρ, ตัวอักษรกรีก rho) เป็นเพียงปริมาตรที่มีการแบ่งมวลโดยมีหน่วยที่สอดคล้องกัน ในสัญลักษณ์:

ที่สำคัญ หน่วยมวลถูกเลือกมาแต่แรกเพื่อให้สอดคล้องกับปริมาณน้ำที่บรรจุอยู่ในปริมาตร 1 ลิตร (1,000 มล. หรือเทียบเท่า 1,000 ลูกบาศก์เซนติเมตร) โปรดทราบว่า 1 L เป็นเพียง 1/1000 ของ m³ดังนั้นหน่วยหลังในขณะที่ "มาตรฐาน" จึงไม่ค่อยถูกใช้ในการทดลองในห้องปฏิบัติการ ดังนั้นน้ำ 1 กิโลกรัม = "แน่นอน" ปริมาตร 1 ลิตร

ปัญหาคือความหนาแน่นของน้ำผันผวนเล็กน้อยในช่วง across อุณหภูมิระหวจางจุดเยือกแข็งกับการเดือด ดังนั้น คจานี้ที่จริงแลฉวไมจคงที่และมากเทจานั้น ใกล้1,000.

ความถ่วงจำเพาะ (SG) ง่ายกว่าที่คุณและเพื่อนมนุษย์ต่างดาวคาดไว้มาก: เป็นเพียงอัตราส่วนของความหนาแน่นของวัตถุที่กำหนดต่อความหนาแน่นของน้ำ ที่อุณหภูมิจำเพาะ. ความถ่วงจำเพาะไม่มีหน่วย ประโยชน์ของมันคือความจริงที่ว่าความหนาแน่นของวัตถุบางอย่างเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิในลักษณะที่แตกต่างจากของน้ำ ดังนั้นการใช้ SG จะช่วยให้มีปัจจัยการแก้ไขเล็กน้อย

ตัวอย่าง: สมมติว่าคุณมีตัวอย่างเหล็กซึ่งมีความหนาแน่น 7,850 กก./ลบ.ม³. อะไรคือความถ่วงจำเพาะของเหล็กในสภาพแวดล้อมที่ ρ_น้ำ = 997 กก./ลบ.ม³?

วิธีแก้ คุณแค่หาร 7,850 kg/m³ โดย 997 กก./ม.³ ที่จะได้รับ:

ในทางกลับกัน หากคุณต้องการความถ่วงจำเพาะต่อเครื่องคำนวณความหนาแน่น คุณก็คูณความถ่วงจำเพาะด้วยความหนาแน่นของน้ำที่อุณหภูมิที่เกี่ยวข้องได้ ดังนั้น หากคุณเคยถูกขอให้คำนวณความหนาแน่นจากแรงโน้มถ่วงจำเพาะ การเดินทางในอวกาศของคุณก็คุ้มค่าแล้ว!