"Özgül ağırlık", ilk bakışta biraz yanıltıcı bir terimdir. Bir dizi fizik probleminde ve uygulamasında açıkça vazgeçilmez bir kavram olan yerçekimi ile çok az ilgisi vardır. Bunun yerine, belirli bir hacim içindeki belirli bir maddenin madde (kütle) miktarı ile ilgilidir, insanoğlunun bildiği belki de en hayati ve her yerde bulunan maddenin standardına aykırı - Su.
Özgül yerçekimi, Dünya'nın yerçekiminin değerini açıkça kullanmasa da (genellikle bir kuvvet olarak adlandırılır, ancak aslında birimleri vardır). fizikte ivme - gezegenin yüzeyinde saniyede 9,8 metre, tam olarak), yerçekimi dolaylı bir husustur çünkü "daha ağır" olan şeyler, "daha hafif" olan şeylere göre daha yüksek özgül ağırlık değerlerine sahiptir. Ama "ağır" ve "hafif" gibi kelimeler ne anlama geliyor? biçimsel anlamda? İşte fizik bunun için var.
Yoğunluk: Tanım
Birincisi, özgül ağırlık yoğunlukla çok yakından ilişkilidir ve terimler genellikle birbirinin yerine kullanılır. Bilim dünyasındaki pek çok kavramda olduğu gibi, bu genellikle kabul edilebilir, ancak anlam ve niceliklerdeki küçük değişikliklerin fiziksel dünya üzerindeki etkisi göz ardı edilemez. fark.
Yoğunluk basitçe kütle bölü hacme eşittir, nokta. Bir şeyin kütlesi için bir değer verilmişse ve ne kadar yer kapladığını biliyorsanız, yoğunluğunu hemen hesaplayabilirsiniz. (Burada bile, sinir bozucu sorunlar ortaya çıkabilir. Bu hesaplama, malzemenin kütlesi ve hacmi boyunca tek tip bileşimlere sahip olduğunu ve dolayısıyla yoğunluğunun tek tip olduğunu varsayar. Aksi takdirde, hesapladığınız tek şey, eldeki sorunun gereksinimleri için uygun olabilecek veya olmayabilecek ortalama bir yoğunluktur.)
Elbette, hesaplamanız bittiğinde mantıklı olan bir sayıya sahip olmak yardımcı olur - yaygın olarak kullanılan bir sayı. Yani bir şeyin kütlesi ons ve hacmi mikrolitre cinsinden varsa, örneğin yoğunluğu elde etmek için kütleyi hacme bölmek, mikrolitre başına çok garip ons birimleriyle karşı karşıya kalırsınız. Bunun yerine, g/ml veya mililitre başına gram (g/cm ile aynı şeydir) gibi yaygın birimlerden birini hedefleyin.3veya santimetreküp başına gram). Orijinal tanım gereği, 1 ml saf suyun kütlesi 1 g'a çok, çok yakındır, o kadar yakındır ki, suyun yoğunluğu günlük amaçlar için neredeyse her zaman basitçe "tam" 1'e yuvarlanır; bu, g/ml'yi özellikle kullanışlı bir birim yapar ve özgül ağırlıkta devreye girer.
Yoğunluğu Etkileyen Faktörler
Maddelerin yoğunluğu nadiren sabittir. Bu, özellikle sıcaklıktaki değişikliklere katılardan daha duyarlı olan sıvılar ve gazlar (yani sıvılar) için geçerlidir. Sıvılar ve gazlar, katıların yapamayacağı şekilde hacimde hiçbir değişiklik olmaksızın ekstra kütle eklenmesini de sağlar.
Örneğin su, sıvı halde 0 santigrat derece ile 100 C arasında bulunur. Bu aralığın alt ucundan üst ucuna doğru ısındıkça genişler. Yani, aynı miktarda kütle, artan sıcaklıkla daha fazla hacim tüketir. Sonuç olarak, artan sıcaklıkla su daha az yoğun hale gelir.
Sıvıların yoğunluk değişikliklerine uğramasının bir başka yolu, sıvı içinde çözünen, çözünen adı verilen parçacıkların eklenmesidir. Örneğin, tatlı su çok az tuz (sodyum klorür) içerirken, deniz suyu çok fazla tuz içerir. Suya tuz eklendiğinde, tüm pratik amaçlar için hacmi artarken kütlesi artar. Bu, deniz suyunun tatlı sudan daha yoğun olduğu ve özellikle tuzluluk oranı (tuz içeriği) yüksek olan deniz suyunun daha yoğun olduğu anlamına gelir. büyük bir tatlı suyun ağzına yakın olanlar gibi nispeten az tuzlu tipik deniz suyundan veya deniz suyundan daha yoğun nehir.
Bu farklılıkların anlamı, daha az yoğun malzemelerin daha düşük miktarda aşağı doğru basınç uyguladığıdır. daha yoğun malzemelerden daha fazla, su genellikle sıcaklık, tuzluluk veya bazı farklılıklar temelinde katmanlar oluşturur. kombinasyon. Örneğin, zaten su yüzeyine yakın olan su, güneş tarafından daha derin sulardan daha fazla ısıtılacaktır, bu yüzey suyunu daha az yoğun hale getirmek ve bu nedenle su katmanlarının üzerinde kalma olasılığını artırmak altında.
Özgül Ağırlık: Tanım
Özgül ağırlık birimleri değil birim hacim başına kütle olan yoğunluk ile aynıdır. Bunun nedeni, özgül ağırlık formülünün biraz farklı olmasıdır: İncelenen malzemenin yoğunluğunun suyun yoğunluğuna bölünmesidir. Daha resmi olarak, özgül ağırlık denklemi:
(malzeme kütlesi ÷ malzeme hacmi) ÷ (su kütlesi ÷ su hacmi)
Hem suyun hacmini hem de maddenin hacmini ölçmek için aynı kap kullanılırsa, bunlar hacimler aynı olarak ele alınabilir ve yukarıdaki denklemden çıkarılarak, özgül ağırlık formülü bırakılabilir. gibi:
(malzeme kütlesi ÷ su kütlesi)
Yoğunluğa bölünen yoğunluk ve kütleye bölünen kütlenin ikisi de birimsiz olduğundan, özgül ağırlık da birimsizdir. Bu sadece bir sayıdır.
Sabit su içeren bir kaptaki suyun kütlesi, suyun sıcaklığı ile değişecektir; bu, çoğu durumda, bir süre oturduğunda içinde bulunduğu odanın sıcaklığına yakındır. Su genişledikçe yoğunluğunun sıcaklıkla düştüğünü hatırlayın. Spesifik olarak, 10°C sıcaklıktaki suyun yoğunluğu 0.9997 g/ml iken 20°C'deki suyun yoğunluğu 0.9982 g/ml'dir. 30°C'deki suyun yoğunluğu 0.9956 g/ml'dir. Yüzdenin onda biri oranındaki bu farklar yüzeyde önemsiz görünebilir, ancak istediğiniz zaman bir maddenin yoğunluğunu büyük bir hassasiyetle belirleyin, gerçekten belirli kullanmaya başvurmanız gerekir. Yerçekimi.
İlgili Birimler ve Terimler
ile gösterilen özel hacim v (küçük "v"ve hız ile karıştırılmamalıdır; bağlam burada yardımcı olmalıdır), gazlara uygulanan bir terimdir ve gazın kütlesine bölünen hacmi veya V/m'dir. Bu sadece gazın yoğunluğunun tersidir. Buradaki birimler genellikle m3ml/g yerine /kg, en yaygın yoğunluk birimi göz önüne alındığında, ikincisi bekleyebileceğiniz şeydir. Bu neden olabilir? Pekala, gazların doğasını bir düşünün: Çok dağınıktırlar ve daha büyük hacimlerle uğraşmadıkça önemli bir kütlesini toplamak kolay değildir.
Ayrıca, kaldırma kuvveti kavramı yoğunlukla ilgilidir. Önceki bir bölümde, daha yoğun nesnelerin, daha az yoğun nesnelere göre daha fazla aşağı doğru baskı uyguladığı belirtilmişti. Daha genel olarak, bu, suya yerleştirilen bir nesnenin, yoğunluğu suyunkinden büyükse batacağı, ancak yoğunluğu suyunkinden azsa yüzeceği anlamına gelir. Sadece burada okuduklarınıza dayanarak buz küplerinin davranışını nasıl açıklarsınız?
Her halükarda, kaldırma kuvveti, bir sıvının içine daldırılan bir nesne üzerindeki, nesneyi batmaya zorlayan yerçekimi kuvvetine karşı koyan kuvvettir. Bir sıvı ne kadar yoğunsa, belirli bir nesneye uygulayacağı kaldırma kuvveti o kadar büyük olur ve bu, o nesnenin batma olasılığının daha düşük olduğunu gösterir.