Ciężar właściwy: pojęcie, definicja i zastosowanie

Dzisiaj rozważamy ciężar właściwy i jego różnicę od gęstości. Oto metoda uzyskiwania tej właściwości dla ciał stałych. Artykuł przedstawia największy i najmniejszy udział wśród metali szlachetnych, które są porównywane z podobnymi wartościami niektórych ważnych dla współczesnego świata substancji.

Różnica między masą i wagą

Przede wszystkim warto omówić różnicę, która w życiu codziennym absolutnie nie ma znaczenia. Ale jeśli rozwiążesz fizyczne problemy związane z ruchem ciał w przestrzeni, niezwiązane z powierzchnią planety Ziemi, wtedy różnice, które prezentujemy, są bardzo znaczące. Tak więc opisujemy różnicę między wagą a masą.

Określanie ciężaru

Waga ma sens tylko w polu grawitacyjnym, czyli w pobliżu dużych obiektów. Innymi słowy, jeśli dana osoba znajduje się w strefie przyciągania gwiazdy, planety, dużego satelity lub przyzwoitej asteroidy, to ciężar jest siłą, jaką ciało wywiera na przeszkodę między nim a źródłem grawitacji w ustalonym układzie odniesienia. Ta wartość jest mierzona w niutonach. Wyobraź sobie, że gwiazda zwisa w przestrzeni, w pewnej odległości znajduje się kamienna płyta, a żelazna kula leży na płycie. Oto jak duży nacisk kładzie na przeszkodę, podobnie jak ciężar.

Jak wiadomo, grawitacja zależy od odległości i masy przyciągającego obiektu. Oznacza to, że jeśli kula znajduje się daleko od ciężkiej gwiazdy lub blisko małej i stosunkowo lekkiej planety, wówczas będzie działała równo na płycie. Ale w różnych odległościach od źródła grawitacji siła oporu tego samego obiektu będzie inna. Co to znaczy? Jeśli człowiek porusza się w tym samym mieście, to nic. Ale jeśli mówimy o alpinistach lub podwodnych, to dajmy mu znać: głęboko pod oceanem, bliżej jądra, przedmioty mają większą wagę niż na poziomie morza, a wysoko w górach - mniej. Jednak w granicach naszej planety (przy okazji, nie największa nawet w Układzie Słonecznym) różnica nie jest tak znacząca. Staje się zauważalny przy wchodzeniu w przestrzeń, poza atmosferą.

Oznaczanie masy

Masa jest ściśle związana z bezwładnością. Jeśli pójdziesz głęboko, to określi, które pole grawitacyjne tworzy ciało. Ta ilość fizyczna jest jedną z najbardziej podstawowych cech. Zależy to tylko od substancji przy prędkościach nierelatywistycznych (czyli zbliżonych do światła). W przeciwieństwie do masy, masa nie zależy od odległości od innego obiektu, decyduje o sile interakcji z nią.

Również wartość masy obiektu jest niezmienna dla systemu, w którym jest zdefiniowana. Mierzy się ją w takich ilościach jak kilogram, ton, funt (nie mylić z nogą), a nawet kamień (co po angielsku oznacza "kamień"). Wszystko zależy od kraju, w którym mieszka dana osoba.

Określanie ciężaru właściwego

Teraz, gdy czytelnik zrozumiał tę istotną różnicę między dwoma podobnymi koncepcjami i nie pomyli ich ze sobą, przejdziemy do tego, jaka jest ciężar właściwy. Termin ten odnosi się do stosunku masy substancji do jej objętości. W systemie uniwersalnym SI oznaczane jest jako newton na metr sześcienny. Zauważ, że definicja odnosi się do substancji wymienionej albo w aspekcie czysto teoretycznym (zazwyczaj chemicznym), albo w odniesieniu do jednorodnych ciał.

W niektórych problemach rozwiązanych w określonych obszarach wiedzy fizycznej, ciężar właściwy jest uważany za następujący związek: ile substancja testowa jest cięższa niż woda o czterech stopniach Celsjusza z równymi objętościami. Zasadniczo tę przybliżoną i względną wartość stosuje się w naukach ścisłych, związanych raczej z biologią lub geologią. Wniosek ten opiera się na fakcie, że ta temperatura jest średnia w oceanie nad planetą. Alternatywnie, ciężar właściwy określony przez drugi sposób można nazwać gęstością względną.

Różnica między ciężarem właściwym a gęstością

Stosunek, w którym określa się tę ilość, łatwo można pomylić z gęstością, ponieważ jest to masa podzielona przez objętość. Jednak, jak dowiedzieliśmy się, ciężar zależy od odległości od źródła grawitacji i jego masy, a pojęcia te są różne. Należy zauważyć, że w pewnych warunkach, a mianowicie przy niskiej (nierelatywistycznej) prędkości, stałej g i małych przyspieszeniach, gęstość i ciężar właściwy mogą się pokrywać. Oznacza to, że obliczając dwie wielkości, można uzyskać dla nich tę samą wartość. Kiedy powyższe warunki są spełnione, taki zbieg okoliczności może prowadzić do przekonania, że ​​te dwa pojęcia są jednym i tym samym. To błędne przekonanie jest niebezpieczne z powodu zasadniczej różnicy między właściwościami osadzonymi w ich fundamentach.

Specyficzny pomiar grawitacji

Domy, aby uzyskać udział metali i innych substancji stałych, jest trudne. Jednak w najprostszym laboratorium wyposażonym w wagi o głębokich misach, na przykład w szkole, nie jest to trudne. Metalowy przedmiot waży się w normalnych warunkach - czyli na powietrzu. Ta wartość zostanie zarejestrowana jako x1. Następnie ta miska, w której leży przedmiot, zanurzona jest w wodzie. W tym samym czasie traci dobrze znany Prawo Archimedesa waga Urządzenie traci swoją oryginalną pozycję, jarzmo jest wypaczone. Dodano obciążenie do wyważania. Oznaczamy jego wartość przez x2.

Masa ciała będzie stosunek x1 do x2. Oprócz metali, ciężar właściwy jest mierzony dla substancji o różnym stanie skupienia, o nierównym ciśnieniu, temperaturze i innych cechach. Aby określić pożądaną wartość wykorzystano metody ważenia, piknometru, areometru. W każdym przypadku należy wybrać takie eksperymentalne instalacje, które uwzględniają wszystkie czynniki.

Substancje o najwyższym i najniższym ciężarze właściwym

Oprócz czystej teorii matematycznej i fizycznej interesujące są interesujące zapisy. Tutaj postaramy się wprowadzić te elementy układu chemicznego, które mają najwyższą i najniższą rejestrowaną gęstość. Wśród metali nieżelaznych najbardziej "ciężkich" - szlachetna platyna i złoto, a następnie tantal, nazwany na cześć starożytnego greckiego bohatera. Dwie pierwsze substancje o masie własnej prawie dwa razy tyle samo, co srebro, molibden i ołów. Najlżejszym z metali szlachetnych był magnez, który jest prawie sześciokrotnie mniejszy od trochę cięższego wanadu.

Ciężar właściwy niektórych innych substancji

Świat nowoczesności nie byłby możliwy bez żelaza i jego różnych stopów, a ich specyficzna waga niewątpliwie zależy od kompozycji. Jego wartość waha się w granicach jednej lub dwóch jednostek, ale średnio nie jest najwyższa spośród wszystkich substancji. A co możemy powiedzieć o aluminium? Podobnie jak gęstość jest bardzo niski - tylko dwukrotnie więcej niż magnez. Jest to znacząca zaleta przy budowie wysokich budynków, na przykład, lub samolot, zwłaszcza w połączeniu z takimi właściwościami, jak wytrzymałość i ciągliwość.

Ale miedź ma bardzo wysoką masę właściwą, prawie na równi ze srebrem i ołowiem. W tym samym czasie jego stopy, brąz i mosiądz, są nieco lżejsze kosztem innych metali o mniejszej wartości omawianego rozmiaru. Bardzo piękny i niewiarygodnie drogi diament ma raczej małą wartość ciężaru właściwego - tylko trzy razy większy od magnezu. Krzem i german, bez których współczesne miniaturowe gadżety byłyby niemożliwe, pomimo tego, że mają podobne konstrukcje, jednak różnią się. Proporcja pierwszego jest prawie o połowę mniejsza od drugiej, chociaż obie są stosunkowo lekkimi substancjami w tej skali.