วิธีการกำหนดแรงโน้มถ่วงจำเพาะ

การรู้อย่างแน่ชัดว่าสารหนึ่งๆ มีอยู่ในปริมาณเท่าใด โดยเป็นส่วนหนึ่งของการประเมินคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของสารนั้น ถือเป็นหัวใจสำคัญของวิทยาศาสตร์ ปริมาณมีความสำคัญ - มาก! คุณอาจจะคิดว่า "เอาล่ะ ข้ามสิ่งที่ชัดเจน" มาถึงจุดนี้ แต่ให้พิจารณาคำถามที่ว่า "จำนวนเงิน" หมายถึงอะไร ถ้ามีคนถามคุณคุณมีเท่าไหร่, คุณจะบอกอะไรเธอ?

พวกเราส่วนใหญ่คงตีความคำถามนี้ว่า "คุณหนักเท่าไหร่" หรืออาจจะ "คุณสูงเท่าไหร่" อย่างไรก็ตาม มีคำตอบที่น่าเชื่อถือพอๆ กันมากมาย ตัวอย่างเช่น ร่างกายของคุณมีปริมาตรเท่าใด (เช่น หน่วยเป็นลิตร) ประกอบด้วยอะตอมหรือเซลล์จำนวนเท่าใด

มวลเป็นวิธีหนึ่งในการติดตาม "สิ่งของ" ในจักรวาล และหมายถึงจำนวนสสารที่มีอยู่ สิ่งนี้ไม่ขึ้นกับปริมาตร ซึ่งอธิบายง่ายๆ เกี่ยวกับปริมาณของพื้นที่สามมิติ อัตราส่วนของปริมาณทั้งสองนี้เรียกว่าความหนาแน่นเป็นที่น่าสนใจตามธรรมชาติเช่นเดียวกับลูกพี่ลูกน้องที่ใกล้ชิดเรียกว่าแรงดึงดูดเฉพาะ. การวัดความถ่วงจำเพาะจะรวมอยู่ในกล่องเครื่องมือฟิสิกส์โดยหลักแล้วเพื่ออธิบายธรรมชาติสากลของน้ำ ซึ่งคุณจะได้เรียนรู้ในเร็วๆ นี้

เมื่อถึงจุดหนึ่ง คำใดคำหนึ่งก็หมดเพื่ออธิบายแนวคิดหนึ่งๆ และมันก็เป็นไปด้วยสสาร วิธีหนึ่งในการคิดถึงสสารก็คือ วัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงกระทำต่อ และในทางทฤษฎีคุณสามารถเก็บสสารอะไรก็ได้ ด้วยมือของคุณถ้ามือของคุณเล็กพอและเห็นด้วยตาของคุณเองหากคุณมีพลังเหนือธรรมชาติ วิสัยทัศน์

สสารประกอบด้วยหนึ่งหรือมากกว่า orองค์ประกอบซึ่ง 92 เกิดขึ้นตามธรรมชาติ องค์ประกอบไม่สามารถแบ่งออกเป็นส่วนอื่น ๆ และยังคงคุณสมบัติของพวกเขา หน่วยสมบูรณ์ที่เล็กที่สุดขององค์ประกอบคือ anอะตอม. สสารขนาดใหญ่สามารถประกอบด้วยอะตอมของธาตุเดียวได้หลายล้านล้านอะตอม เช่น ทองคำบริสุทธิ์ 1 ปอนด์ บ่อยครั้ง ธาตุต่างๆ รวมกันเป็นสารประกอบ เช่น ไฮโดรเจน (H) และออกซิเจน (O) รวมกันเป็นน้ำ (H₂อ.)

มวลและน้ำหนักเป็นหน่วยวัดที่เหมือนกันแต่ต่างกัน มวลอธิบายง่ายๆ เกี่ยวกับปริมาณของสสารที่มีอยู่โดยไม่คำนึงถึงปัจจัยภายนอก และหน่วยมวล SI (ระบบสากลหรือเมตริก) คือกิโลกรัม (กก.) ในปัญหาทางฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับความถ่วงจำเพาะ ใช้กรัม (g) ซึ่งเท่ากับ 1/1,000 ของกิโลกรัม

น้ำหนักของวัตถุขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วงที่มวลของมันตกอยู่ และมีหน่วยของแรง ซึ่งในระบบ SI คือนิวตัน (N) บนโลก ค่านี้ไม่เปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด ดังนั้นจึงมักใช้มวลและน้ำหนักสลับกัน แต่บนดวงจันทร์ ถ้าแรงโน้มถ่วงน้อยกว่า มวลก็จะเท่าเดิม แต่น้ำหนักของคุณ (มวลมคูณแรงโน้มถ่วงg) ก็จะอ่อนลงตามสัดส่วน

ปริมาณหมายถึงปริมาณของพื้นที่สามมิติ มันคือลูกบาศก์ของความยาว และหน่วย SI คือลิตร (L) หนึ่งลิตรแทนด้วยลูกบาศก์ 10 เซนติเมตรหรือเซนติเมตร (0.1 เมตรหรือเมตร) ที่ด้านข้าง คุณน่าจะคุ้นเคยกับการเลือกปริมาตรนี้โดยทั่วไปเนื่องจากจำนวนขวดเครื่องดื่ม 1 ลิตรที่ผลิต

โดยตัวมันเอง "ปริมาตร" เป็นเพียงช่องว่างที่กำหนดไว้ทางคณิตศาสตร์ บางทีรอที่จะถูกครอบครอง บางทีอาจจะไม่รอ อย่างไรก็ตาม เมื่อสสารใช้พื้นที่นั้น ผลที่ได้จะแตกต่างกัน เมื่อใส่สสารในปริมาณที่ต่างกันลงในพื้นที่จำนวนเท่ากันนั้น คุณรู้เรื่องนี้โดยสัญชาตญาณ เมื่อคุณพกกล่องบรรจุถั่วลิสงและอากาศติดตัวไปด้วย งานของคุณจะง่ายกว่าตอนที่กล่องเดิมจัดส่งหนังสือเรียนไปก่อนหน้านี้

อัตราส่วนระหว่างมวลกับปริมาตร หรือที่เรียกว่า "มวลหารด้วยปริมาตร" เรียกว่า ความหนาแน่น แต่ความสัมพันธ์อันเป็นเอกลักษณ์ของน้ำกับทุกสิ่งที่กล่าวถึงจนถึงขณะนี้ยังไม่สามารถอธิบายได้

ความหนาแน่นไม่มีหน่วยในฟิสิกส์ ไม่จำเป็นจริง ๆ เนื่องจากมาจาก ปริมาณทางกายภาพพื้นฐาน (มวล) หนึ่งปริมาณและปริมาณที่หาได้ง่ายจากอีกปริมาณหนึ่ง (ปริมาตรมีหน่วยลูกบาศก์ของ ความยาว). โดยปกติจะแสดงด้วยอักษรกรีก rho หรือ ρ:

คุณจะเห็นว่าความหนาแน่นมีหน่วยเป็น kg/L ในระบบ SI แต่ในปัญหาทางฟิสิกส์ มักใช้หน่วย g/mL (เนื่องจากอันหลังเป็นตัวแทนของอดีตที่มีทั้งมวลและปริมาตรหารด้วย 1,000 กก./ลิตร และกรัม/มล. มีค่าเท่ากันจริงๆ)

คุณจะพบว่าสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่และสารทั่วไปจำนวนมากที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาทางชีวเคมีมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับน้ำ สืบเนื่องมาจากความจริงที่ว่าสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนใหญ่หรือส่วนใหญ่เป็นของ H₂โอ.

การสำรวจนี้ได้ทำลายความจริงที่ว่าน้ำมีอยู่ทุกหนทุกแห่งเพื่อขจัดความกลัวความแห้งแล้ง แต่ เนื่องจากนักฟิสิกส์และนักเคมีได้คิดค้นวิธีง่ายๆ ในการอธิบายการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในความหนาแน่นของเหมือนกันประเภทของสสาร: ความถ่วงจำเพาะ ตัวเลขไร้มิติที่มีเพียงอัตราส่วนของความหนาแน่นของของเหลวนั้นต่อความหนาแน่นของน้ำ - ด้วยการบิด

ตามคำนิยาม น้ำเปล่า 1 มล. มีมวล 1 กรัม เดิมลิตรถูกเลือกให้เป็นปริมาณน้ำที่มีมวล 1 กิโลกรัมพอดี ปัญหาคือตามที่นักวิจัยสมัยใหม่ได้เรียนรู้ ความถ่วงจำเพาะของน้ำจะแปรผันตามอุณหภูมิ แม้จะอยู่ในช่วงเล็กๆ ในแต่ละวันก็ตาม (จะอธิบายเพิ่มเติมในภายหลัง) แต่ในขณะที่ความหนาแน่นของน้ำมักจะถูกปัดเศษเป็น "แน่นอน" 1 เสมอสำหรับวัตถุประสงค์ในชีวิตประจำวัน แต่ที่จริงแล้ว ค่านี้ไม่ใช่ค่าคงที่

• โปรดทราบว่าคำว่า "แรงโน้มถ่วง" อาจทำให้สับสนได้ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงในฟิสิกส์มีหน่วยความเร่งและไม่ขึ้นกับการสนทนานี้

ก่อนดำดิ่งสู่ความถ่วงจำเพาะอย่างสมบูรณ์ การสาธิตความสำคัญและความสง่างามของความหนาแน่นนั้นเป็นไปตามหลักการของอาร์คิมิดีส พูดง่ายๆ ก็คือ แรงลอยตัว (ลอยตัว) ที่กระทำต่อร่างกายที่แช่อยู่ในของเหลว (โดยปกติคือน้ำ) จะเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ร่างกายแทนที่:F_บี=w​_ฉ.

สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมเรือส่วนใหญ่จึงกลวง วัสดุที่ใช้ทำมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ หมายความว่าถ้าวัสดุเหล่านี้ถูกบีบอัด "เรือ" จะแทนที่ปริมาตรของตัวเองในน้ำและมีน้ำหนักเพียงพอที่จะทำให้จมได้ แต่ถ้าปริมาตรของเรือรบเพิ่มขึ้นโดยการวางตัวเรือกลวงที่ฐาน ความหนาแน่นโดยรวมจะลดลง และเรือยังคงลอยอยู่

อุปกรณ์ที่ใช้บ่อยที่สุดในการกำหนดความถ่วงจำเพาะของของไหลเมื่อไม่ทราบค่านั้นเรียกว่า aไฮโดรมิเตอร์. สิ่งเหล่านี้มาในหลายรูปแบบ แต่โครงสร้างพื้นฐานคือท่อที่มีน้ำหนักที่ด้านล่างเพื่อให้มัน จะจมไปยังจุดหนึ่งในของไหลทดสอบซึ่งวางอยู่ในกระบอกสูบที่มีระดับเพื่อวัด ปริมาณ

จากการรู้ปริมาตรของของไหล ท่อที่ถ่วงน้ำหนักจะเคลื่อนที่และน้ำหนักของส่วนที่แช่พร้อมกับอุณหภูมิของห้องจนถึง กำหนดความหนาแน่นที่แท้จริงของน้ำภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ ความหนาแน่นและความถ่วงจำเพาะของของเหลวสามารถหาได้จากอาร์คิมิดีส หลักการ

เมื่อเหลือบมองกราฟในแหล่งข้อมูลพบว่าแรงโน้มถ่วงจำเพาะของน้ำยังคงใกล้เคียงกับ 1.000 มากในช่วง 0 ถึง 10 องศาเซลเซียส แต่จะลดลงในอัตราคงที่ไม่มากก็น้อยมาอยู่ที่ประมาณ 0.960 เมื่ออุณหภูมิเข้าใกล้จุดเดือดของน้ำ 100 ซ. เมื่อสารเช่นยามักจะถูกวัดและเตรียมเป็นไมโครกรัม จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องสามารถอธิบายความแตกต่างที่ดูเหมือนเล็กน้อยได้ในทางปฏิบัติในทางปฏิบัติ