Środek ciężkości

Joe Raedle/Getty Images

Ciężar właściwy substancji to stosunek jej gęstość do określonej substancji odniesienia. Ten stosunek jest czystą liczbą, nie zawierającą jednostek.

Jeżeli stosunek ciężaru właściwego dla danej substancji jest mniejszy niż 1, oznacza to, że materiał będzie unosił się w substancji odniesienia. Gdy stosunek ciężaru właściwego dla danego materiału jest większy niż 1, oznacza to, że materiał zatonie w substancji odniesienia.

Wiąże się to z pojęciem pływalności. Góra lodowa unosi się w oceanie (jak na zdjęciu), ponieważ jej ciężar właściwy w stosunku do wody jest mniejszy niż 1.

To zjawisko wznoszenia i opadania jest powodem, dla którego stosuje się termin „ciężar właściwy”, chociaż sama grawitacja nie odgrywa w tym procesie znaczącej roli. Nawet w zupełnie innym przypadku pole grawitacyjne , relacje gęstości pozostaną niezmienione. Z tego powodu znacznie lepiej byłoby zastosować termin „gęstość względna” między dwiema substancjami, ale ze względów historycznych termin „ciężar właściwy” utknął.

Ciężar właściwy płynów

W przypadku płynów substancją odniesienia jest zwykle woda o gęstości 1,00 x 10³kg/m³w 4 stopniach Celsjusza (najgęstsza temperatura wody), używany do określenia, czy płyn zatonie lub unosi się w wodzie. W pracy domowej zwykle przyjmuje się, że jest to substancja odniesienia podczas pracy z cieczami.

Ciężar właściwy gazów

W przypadku gazów substancją odniesienia jest zwykle normalne powietrze w temperaturze pokojowej, które ma gęstość około 1,20 kg/m³. W pracy domowej, jeśli substancja referencyjna nie jest określona dla konkretnego problemu z grawitacją, zwykle można bezpiecznie założyć, że używasz jej jako substancji referencyjnej.

Równania dla ciężaru właściwego

Ciężar właściwy (SG) to stosunek gęstości substancji będącej przedmiotem zainteresowania ( r_i ) do gęstości substancji odniesienia ( r_r ). ( Notatka: Grecki symbol rho, r , jest powszechnie używany do reprezentowania gęstości). Można to określić za pomocą następującego wzoru:

SG = r_i ÷ r_r = r_i / r_r

Teraz, biorąc pod uwagę, że gęstość jest obliczana z masa i objętość przez równanie r = m / W , oznacza to, że jeśli weźmiesz dwie substancje o tej samej objętości, SG można przepisać jako stosunek ich indywidualnych mas:

SG = r_i / r_r

SG = m_i/W / m_r/W

SG = m_i / m_r

A ponieważ waga W = mg , co prowadzi do wzoru zapisanego jako stosunek wag:

SG = m_i / m_r

SG = m_ig / m_rg

SG = W_i / W_r

Ważne jest, aby pamiętać, że to równanie działa tylko przy naszym wcześniejszym założeniu, że objętość dwóch substancji jest równa, więc kiedy mówimy o masach dwóch substancji w tym ostatnim równaniu, jest to masa równe objętości tych dwóch substancji.

Jeśli więc chcielibyśmy poznać ciężar właściwy etanolu w stosunku do wody i znamy wagę jednego galonu wody, musielibyśmy znać wagę jednego galonu etanolu, aby zakończyć obliczenia. Albo, alternatywnie, gdybyśmy znali ciężar właściwy etanolu w stosunku do wody i znali wagę jednego galonu wody, moglibyśmy użyć tego ostatniego wzoru, aby obliczyć wagę jednego galonu etanol . (I wiedząc o tym, moglibyśmy użyć go do obliczenia wagi innej objętości etanolu poprzez przeliczenie. Są to rodzaje sztuczek, które można znaleźć wśród zadań domowych, które zawierają te pojęcia.)

Zastosowania ciężaru właściwego

Ciężar właściwy to pojęcie, które pojawia się w różnych zastosowaniach przemysłowych, szczególnie w odniesieniu do dynamiki płynów. Na przykład, jeśli kiedykolwiek oddałeś samochód do serwisu, a mechanik pokazał ci, jak małe plastikowe kulki unoszą się w płynie przekładniowym, widziałeś w działaniu ciężar właściwy.

W zależności od konkretnego zastosowania, branże te mogą stosować tę koncepcję z inną substancją referencyjną niż woda lub powietrze. Wcześniejsze założenia dotyczyły tylko prac domowych. Kiedy pracujesz nad prawdziwym projektem, powinieneś wiedzieć na pewno, do czego odnosi się twoja konkretna grawitacja, i nie powinieneś robić założeń na ten temat.