Co to jest ciężar właściwy?

Ciężar właściwy, zwany także ciężarem jednostkowym lub czasem gęstością ciężaru, opisuje wagę substancji w stosunku do jej objętości. Jest często stosowany jako charakterystyczna właściwość płynów i gleb odpowiednio w dziedzinie mechaniki płynów i mechaniki gruntu. Ciężar właściwy danej substancji nie jest stały - może się zmieniać w zależności od temperatury i ciśnienia.

Mała grecka litera gamma, która wygląda jak „y”, zwykle reprezentuje ciężar właściwy w równaniach. Zazwyczaj równanie „gamma = rho * g” jest używane do obliczania określonych wag. Rho, grecka litera, która wygląda jak zaokrąglone „p”, reprezentuje gęstość substancji - masę substancji w stosunku do jej objętości. Czasami nazywana stałą lokalną, „g” oznacza przyspieszenie ziemskie, które wynosi 32,2 stopy na sekundę kwadratową (około 9,81 metra na sekundę kwadratową) na powierzchni Ziemi.

Standardowe jednostki gęstości to ślimaki na stopę sześcienną (ślimaki / stopy ^ 3) lub funty-masy na stopę sześcienną (funty / stopy ^ 3) w jednostkach imperialnych i kilogramy na metr sześcienny (kg / m ^ 3) w jednostkach metrycznych. Stała „g” jest mierzona w stopach na sekundę kwadratową (ft / s ^ 2) lub metrach na sekundę kwadratową (m / s ^ 2). Mnożenie gęstości przez „g” daje jednostki siły funta na stopę sześcienną (lbf / ft ^ 3) lub niutony na metr sześcienny (N / m ^ 3).

Na przykład woda ma gęstość 1000 kg / m ^ 3 w jednostkach metrycznych. Pomnożenie przez 9,81 m / s ^ 2 daje ciężar właściwy równy 9810 N / m ^ 3. W jednostkach imperialnych gęstość wody wynosi 1,94 ślimaka / ft ^ 3, a pomnożenie przez 32,2 ft / s ^ 2 daje 62,4 funta / ft ^ 3. Obliczenia tego nie stosuje się jednak, gdy gęstość mierzy się w lbm. Jedna masa funta jest równoważna jednej sile funta, więc jeśli substancja ma gęstość 10 lbm / ft ^ 3, będzie miała ciężar właściwy 10 lbf / ft ^ 3.

W przypadku gleb ciężar właściwy nazywa się ogólnie ciężarem jednostkowym i oblicza się go nieco inaczej. Dwa rodzaje masy jednostkowej są zazwyczaj obliczane dla próbek gleby: masa jednostkowa i sucha. Masa jednostkowa to masa jednostkowa próbki, gdy pory w glebie zawierają zarówno powietrze, jak i wodę. Aby określić suchą masę jednostkową, stosuje się sprzęt laboratoryjny do całkowitego wysuszenia próbki gleby, aby nie zawierała ona wody. Masa jednostkowa jest zdefiniowana jako masa całkowita podzielona przez całkowitą objętość, natomiast sucha masa jednostkowa to masa sucha podzielona przez całkowitą objętość.

Gęstość zmienia się w zależności od ciśnienia i temperatury, a ponieważ ciężar właściwy jest oparty na gęstości, może również się zmieniać. Gęstość maleje wraz ze wzrostem temperatury, ponieważ cząsteczki w substancji oddalają się od siebie. Gęstość rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia, ponieważ ciśnienie zmusza cząsteczki bliżej siebie.