"Питома вага", на перший погляд, є дещо оманливим терміном. Це мало спільного з гравітацією, що, очевидно, є необхідним поняттям у цілому ряді фізичних проблем та застосувань. Натомість це стосується кількості речовини (маси) конкретної речовини в межах даного об’єму, протиставляється стандарту, мабуть, найважливішої та найпоширенішої речовини, відомої людству - води.
Хоча питома вага явно не використовує значення земної ваги (яке часто називають силою, але насправді має одиниці прискорення у фізиці - 9,8 метрів в секунду на секунду на поверхні планети, а точніше), гравітація є непрямим фактором, оскільки речі, які "важчі", мають вищі значення питомої ваги, ніж речі, які "легші". Але що навіть означають такі слова, як "важкий" і "легкий" формальний сенс? Ну, для цього і потрібна фізика.
Щільність: визначення
По-перше, питома вага дуже тісно пов’язана з щільністю, і терміни часто використовуються як взаємозамінні. Як і у випадку з багатьма концепціями у світі науки, це загалом прийнятно, але при розгляді Вплив, який можуть мати незначні зміни у значенні та величинах на фізичний світ, це не є незначним різниця.
Щільність - це просто маса, поділена на об’єм, крапка. Якщо вам дано значення маси чогось і ви знаєте, скільки місця це займає, ви можете відразу розрахувати його щільність. (Навіть тут можуть виникати проблеми з кропивою. Цей розрахунок передбачає, що матеріал має однорідні склади по всій масі та обсязі, і тому його щільність є однорідною. В іншому випадку все, що ви обчислюєте, - це середня щільність, яка може відповідати або не відповідати вимогам даної проблеми.)
Звичайно, це допомагає мати число, яке має сенс, коли ви закінчите з розрахунком - таке, яке зазвичай використовується. Отже, якщо у вас маса чогось в унціях, а об’єм у мікролітрах, скажімо, поділ маси на об’єм, щоб отримати щільність, залишає вам дуже незграбні одиниці унцій на мікролітрів. Натомість націліться на одну із загальних одиниць, наприклад, г / мл, або грам на мілілітр (що є тим самим, що г / см3, або грам на кубічний сантиметр). За початковим визначенням, 1 мл чистої води має масу дуже, дуже близьку до 1 г, настільки близьку, що щільність води майже завжди просто округлюється до "рівно" 1 для повсякденних цілей; це робить г / мл особливо зручною одиницею, і вона вступає в дію при питомій вазі.
Фактори, що впливають на щільність
Щільність речовин рідко буває постійною. Особливо це стосується рідин та газів (тобто рідин), які більш чутливі до змін температури, ніж тверді речовини. Рідини та гази також вміщують додавання зайвої маси без зміни обсягу таким чином, що тверді речовини не можуть.
Наприклад, вода існує в рідкому стані від 0 градусів Цельсія до 100 С. По мірі нагрівання від нижнього кінця цього діапазону до верхнього кінця він розширюється. Тобто однакова кількість маси споживає все більший об’єм із підвищенням температури. В результаті вода стає менш щільною із збільшенням температури.
Іншим способом зміни рідини щільності рідин є додавання частинок, які розчиняються в рідині, які називаються розчиненими речовинами. Наприклад, прісна вода містить дуже мало солі (хлориду натрію), тоді як морська вода, як відомо, містить її багато. Коли сіль додають у воду, її маса збільшується, а її об’єм для всіх практичних цілей - ні. Це означає, що морська вода є більш щільною, ніж прісна, а морська - з особливо високою соленістю (вмістом солі) більш щільна, ніж типова морська вода або морська вода з відносно невеликою кількістю солі, така як вода біля гирла великої прісної води річка.
Наслідок цих відмінностей полягає в тому, що менш щільні матеріали чинять менший рівень тиску вниз ніж більш щільні матеріали, вода часто утворює шари на основі різниці температур, солоності або деяких комбінація. Наприклад, вода, яка вже знаходиться біля поверхні води, буде нагріватися сонцем більше, ніж глибша вода, роблячи цю поверхневу воду менш щільною і, отже, ще більш імовірною утримуватися на верхівках води внизу.
Питома вага: Визначення
Одиниці питомої ваги складають ні така ж, як і для щільності, яка є масою на одиницю об’єму. Це пояснюється тим, що формула питомої ваги дещо відрізняється: це щільність досліджуваного матеріалу, поділена на щільність води. Більш формально рівняння питомої ваги:
(маса матеріалу ÷ об’єм матеріалу) ÷ (маса води ÷ об’єм води)
Якщо один і той же контейнер використовується для вимірювання як об’єму води, так і об’єму речовини, то це обсяги можна розглядати як однакові і викладати з вищенаведеного рівняння, залишаючи формулу питомої ваги як:
(маса матеріалу ÷ маса води)
Оскільки щільність, поділена на щільність, і маса, розділена на масу, є одиничними, питома вага також не є одиничною. Це просто цифра.
Маса води в ємності з нерухомою водою буде змінюватися залежно від температури води, яка в більшості випадків наближається до температури приміщення, в якому вона перебуває, якщо вона сидить деякий час. Згадаймо, що щільність води падає із зміною температури, коли вода розширюється. Зокрема, вода при температурі 10 С має щільність 0,9997 г / мл, тоді як вода при 20 С має щільність 0,9982 г / мл. Вода при 30 С має щільність 0,9956 г / мл. Ці відмінності в десятих частках відсотка можуть здаватися дріб’язковими на поверхні, але коли ви цього захочете щоб визначити щільність речовини з великою точністю, вам дійсно доведеться вдатися до використання конкретних сила тяжіння.
Пов’язані блоки та умови
Питомий об'єм, що позначається v (маленьке "v", і не плутати зі швидкістю; контекст тут повинен бути корисним), це термін, що застосовується до газів, і це об’єм газу, поділений на його масу, або В / м. Це просто зворотна густина газу. Одиницями тут зазвичай є m3/ кг, а не мл / г, останнє - те, що можна було б очікувати, враховуючи найпоширенішу одиницю щільності. Чому це може бути? Ну, враховуйте природу газів: вони дуже дифузні, і зібрати значну їх масу непросто, якщо не вдається мати справу з більшими обсягами.
Крім того, поняття плавучості пов’язане з щільністю. У попередньому розділі було зазначено, що більш щільні предмети чинять більший тиск вниз, ніж менш щільні предмети. Більш загально це означає, що об'єкт, розміщений у воді, потоне, якщо його щільність буде більшою, ніж щільність води, але плаватиме, якщо його щільність буде меншою, ніж щільність води. Як би ви пояснили поведінку кубиків льоду, ґрунтуючись лише на прочитаному тут?
У будь-якому випадку плавучою силою називається сила рідини на об'єкт, занурений у цю рідину, яка протидіє силі тяжіння, що змушує об'єкт зануритися. Чим щільніше рідина, тим більшу виштовхувальну силу вона буде чинити на даний об'єкт, що відображається у меншій ймовірності того, що об'єкт потоне.