Як визначити питому вагу

Точне знання того, яка кількість даної речовини є частиною оцінки фізичних та хімічних властивостей цієї речовини, є центральним для науки. Кількості мають значення - багато! Ви, мабуть, думаєте: «Добре, давайте пройдемо повз очевидні речі», але розгляньте питання про те, що означає «сума». Якби хтось запитав васскільки вас там, що б ви їй сказали?

Напевно, більшість із нас би інтерпретували це запитання як "Скільки ви важите?" або, можливо, "Наскільки ти високий?" Однак є багато не менш правдоподібних відповідей. Наприклад, скільки об’єму (скажімо, в літрах) займає ваше тіло? Скільки окремих атомів або клітин він містить?

Маса - це один із способів відстежувати «речі» у Всесвіті, і він стосується того, скільки речовини присутній; це не залежить від об’єму, який просто описує величини тривимірного простору. Співвідношення цих двох величин, зване щільністю, природно представляє інтерес, як і близький двоюрідний брат, який називаютьпитома вага. Вимірювання питомої ваги включено до набору фізичних інструментів головним чином для пояснення універсальної природи води, як ви скоро дізнаєтесь.

У якийсь момент у людини просто закінчуються слова для опису поняття, і це стосується і матерії. Один із способів думати про матерію - це те, на що діє сила тяжіння, і теоретично ви можете вмістити будь-яку матерію своїми руками, якщо твої руки були досить крихітними, і побачи це на власні очі, якщо ти мав надприродно могутні зір.

Матерія складається з одного або декількохелементів, з яких 92 зустрічаються в природі. Елементи неможливо додатково розбити на інші частини і при цьому зберегти свої властивості; найменша повна одиниця елемента - цеатом. Великий шматок речовини може складатися з трильйонів атомів одного елемента, наприклад фунта чистого золота. Частіше різні елементи поєднуються, утворюючи сполуки, такі як водень (Н) та кисень (О), утворюючи воду (Н₂О).

Маса і вага схожі, але різні одиниці виміру. Маса просто описує кількість речовини, що присутня, незалежно від зовнішніх факторів, а одиницею маси СІ (міжнародна система, або метрика) є кілограм (кг). У фізичних задачах, що стосуються питомої ваги, використовується грам (г), який становить 1/1000 кілограма.

Вага предмета залежить від сили тяжіння, якій піддається його маса, і має одиниці сили, якими в системі СІ є ньютон (N). На Землі це значення не відчутно змінюється, тому маса і вага часто використовуються як взаємозамінні. Але на Місяці, якщо сила тяжіння буде менш сильною, ваша маса буде такою ж, але вага (масамразів сили тяжінняg) буде пропорційно слабшим.

Обсяг відноситься до кількості тривимірного простору. Це куб довжини, а одиницею СІ є літр (L). Один літр представлений кубом 10 сантиметрів або см (0,1 метра або м) збоку. Ви, мабуть, знайомі з цим вибором обсягу загалом через кількість виготовлених пляшок напою об'ємом 1 л.

Сам по собі "обсяг" - це просто математично визначений простір, можливо, чекаючи, щоб його зайняла матерія, можливо, не чекаючи. Однак, коли речовина займає цей простір, наслідки, що виникають, будуть різними, коли різні кількості речовини поміщаються в ту саму кількість простору. Ви це знаєте інтуїтивно; коли ви носите з собою коробку з упаковкою арахісу та повітря, ваша робота легша, ніж була, коли в тій самій коробці містилася партія підручників за кілька хвилин до цього.

Співвідношення між масою та об'ємом, інакше відоме як "поділ маси за обсягом", називається щільністю. Але унікальне відношення води до всього, що згадувалось досі, ще не описано.

Щільність не має власної одиниці у фізиці, і не вимагає її насправді, враховуючи, що вона походить від одна основна фізична величина (маса) і одна, що легко отримується з іншої (обсяг має кубові одиниці довжина). Зазвичай він представлений грецькою буквою rho, або ρ:

Ви можете бачити, що в системі СІ щільність має одиниці кг / л, але у фізичних завданнях часто використовують одиницю г / мл. (Оскільки остання являє собою першу з масою та об'ємом, розділеною на 1000, кг / л та г / мл фактично еквівалентні.)

Ви виявите, що більшість живих істот та багато загальних речовин, які беруть участь у біохімічних реакціях, мають щільність, подібну до щільності води; це випливає з того факту, що більшість живих істот в основному або переважно складається з Н₂О.

Це дослідження забило той факт, що вода є скрізь не для того, щоб розвіяти страх перед посухою, але тому що фізики та хіміки придумали простий спосіб пояснити незначні зміни щільностіте саметип речовини: Питома вага, безрозмірне число, яке є лише відношенням щільності цієї рідини до щільності води - з поворотом.

За визначенням, 1 мл чистої води має масу 1 г. Спочатку літром було обрано кількість води, яка мала масу рівно 1 кг. Проблема цього полягає в тому, що, як дізналися більше сучасні дослідники, питома вага води насправді змінюється залежно від температури навіть у невеликих повсякденних діапазонах (про це пізніше). Але хоча щільність води для повсякденних цілей майже завжди просто округлюється до "рівно" 1, насправді це не постійна.

• Зауважте, що слово "гравітація" може заплутати, оскільки гравітація у фізиці має одиниці прискорення і не залежить від цього обговорення.

Перш ніж повністю зануритися в питому вагу, слід довести важливість та елегантність щільності - принцип Архімеда. Просто сказано, що сила, що діє вгору (плавуча), яка діє на тіло, занурене в рідину (зазвичай воду), дорівнює вазі рідини, витісненої тілом:F_B= ш​_f.

Це пояснює, чому кораблі в основному порожнисті. Матеріали, що використовуються для їх виготовлення, щільніші за воду, це означає, що якби ці матеріали стискалися, "корабель" зміщував би власний об'єм у воді і мав достатню вагу, щоб змусити його потонути. Але якщо об'єм корабля збільшити, поклавши на його основу порожнистий корпус, загальна щільність зменшується, і корабель залишається на плаву.

Пристрій найчастіше використовують для визначення питомої ваги рідини, коли її значення невідоме, називається аареометр. Вони бувають різних форм, але основною конструкцією є трубка, зважена внизу так, щоб вона була опуститься до певної точки в досліджуваній рідині, яка лежить у градуйованому циліндрі для вимірювання гучність.

Зі знання обсягу рідини зважена трубка витісняє і вагу зануреної частини разом із температурою приміщення до визначити справжню щільність води за цих умов, щільність та питома вага рідини можна визначити з Архімеда принцип.

Погляд на графік у "Ресурсах" показує, що питома вага води залишається дуже близькою до 1000 в діапазоні від 0 до 10 градусів Цельсія, але потім вона знижується з більш-менш постійною швидкістю до приблизно 0,960, коли температура наближається до температури кипіння води 100 С. Коли такі речовини, як ліки, часто вимірюють і готують у мікрограмах, життєво важливо мати можливість на практиці врахувати такі, здавалося б, дріб'язкові відмінності.