תוֹכֶן
- הקשר בין מסה, צפיפות ונפח
- טיפים
- מדידת נפח
- הקשר בין לחץ, נפח וטמפרטורה
- משמעות המיסה
- המסה וצפיפות היקום
- חומר כהה ואנרגיה אפלה
- כוח מצוף וכוח כוח משיכה ספציפי
הקשר בין מסה, צפיפות ונפח
צפיפות מתאר את היחס בין המסה לנפח של אובייקט או חומר. מסה מודד את ההתנגדות של חומר להאיץ כאשר כוח פועל עליו. על פי חוק התנועה השני של ניוטון (F = ma), הכוח הנקי הפועל על עצם שווה למוצר של תאוצה המסה שלו.
הגדרה רשמית זו של מסה מאפשרת לך להכניס אותה לחסרונות אחרים כמו חישוב אנרגיה, תנופה, כוח צנטריפטלי וכוח הכבידה. מכיוון שכוח הכבידה כמעט זהה על פני כדור הארץ, המשקל הופך להיות אינדיקטור טוב למסה. הגדלת וצמצום כמות החומר שנמדד מגדילה ומקטינה את מסת החומר.
טיפים
יש קשר ברור בין מסה, צפיפות ונפח. שלא כמו מסה ונפח, הגדלת כמות החומר שנמדד אינה מגדילה או מורידה את הצפיפות. במילים אחרות, הגדלת כמות המים המתוקים מ- 10 גרם ל- 100 גרם תשנה גם את הנפח מ -10 מיליליטר ל -100 מיליליטר, אך הצפיפות נשארת 1 גרם למיליליטר (100 גרם ÷ 100 מ"ל = 1 גרם / מ"ל).
זה הופך את הצפיפות למאפיין שימושי בזיהוי חומרים רבים. עם זאת, מכיוון שהנפח סוטה בשינויים בטמפרטורה ולחץ, הצפיפות יכולה להשתנות גם עם הטמפרטורה והלחץ.
מדידת נפח
עבור מסה נתונה ו כרך, כמה שטח פיזי חומר תופס, של חפץ או חומר, הצפיפות נשארת קבועה בטמפרטורה ולחץ נתון. המשוואה לקשר זה היא ρ = m / V בו ρ (rho) הוא צפיפות, M הוא המוני ו V הוא נפח, מה שהופך את יחידת הצפיפות לק"ג / מ '3. הדדיות של הצפיפות (1/ρ) ידוע בשם ווליום ספציפי, נמדד במ '3 /ק"ג.
אמצעי האחסון מתאר כמה שטח תופס חומר וניתן בליטרים (SI) או גלונים (אנגלית). נפח החומר נקבע לפי כמה חומר קיים וכמה מקרוב חלקיקי החומר נארזים זה בזה.
כתוצאה מכך, הטמפרטורה והלחץ יכולים להשפיע מאוד על נפח החומר, ובמיוחד על גזים. כמו במסה, גם הגדלת וצמצום כמות החומר מגדילה ומקטינה את נפח החומר.
הקשר בין לחץ, נפח וטמפרטורה
בגזים, הנפח שווה תמיד למכל בו נמצא הגז. משמעות הדבר היא כי עבור גזים אתה יכול לקשר את הנפח לטמפרטורה, לחץ וצפיפות באמצעות חוק הגז האידיאלי PV = nRT בו ע הוא לחץ באטמוספירה (יחידות אטמוספריות), V הוא נפח ב3 (מטר קובית), n הוא מספר השומות של הגז, ר הוא קבוע הגז האוניברסאלי (ר = 8.314 J / (mol x K)) ו- ט הוא הטמפרטורה של הגז בקלווין.
•שלושה חוקים נוספים מתארים את היחסים בין נפח, לחץ וטמפרטורה כאשר הם משתנים כאשר כל הכמויות האחרות מוחזקות קבועות. המשוואות הן ע1V1 = P2V2, ע1/ ת1 = P2/ ת2 ו V1/ ת1 = V2/ ת2 המכונה חוק בוילס, חוק הומואים-חוקש וחוק חסרי חסד, בהתאמה.
בכל חוק, המשתנים הימניים מתארים נפח, לחץ וטמפרטורה בנקודת זמן ראשונית ואילו המשתנים הימניים מתארים אותם בנקודת זמן אחרת מאוחרת יותר. הטמפרטורה קבועה לחוק בוילס, הנפח הוא קבוע לחוק ההומואים-לחץ והלחץ הוא קבוע לחוק חסר צ'רלס.
שלושת החוקים הללו פועלים לפי אותם עקרונות של חוק הגז האידיאלי, אך מתארים את השינויים בחסרונות של טמפרטורה, לחץ או נפח שומרים על קבוע.
משמעות המיסה
למרות שבדרך כלל אנשים משתמשים במסה כדי להתייחס לכמה שיש לחומר או כמה חומר כבד, אבל הדרכים השונות בהן אנשים מתייחסים להמונים של תופעות מדעיות שונות פירושו שמסה זקוקה להגדרה אחידה יותר המקיפה את כל השימושים בה.
מדענים מדברים בדרך כלל על חלקיקים תת-אטומיים, כמו אלקטרונים, בוזונים או פוטונים, כבעלי כמות קטנה מאוד של מסה. אך המוני החלקיקים הללו הם למעשה רק אנרגיה. בעוד שמסת הפרוטונים והנויטרונים מאוחסנים בגלאונים (החומר השומר על פרוטונים וניוטרונים זה בזה), מסתו של אלקטרון זניחה בהרבה בהתחשב בכך שהאלקטרונים קלים פי 2 מאל הפרוטונים והנויטרונים.
גלואונים מהווים את הכוח הגרעיני החזק, אחד מארבעת הכוחות הבסיסיים של היקום לצד הכוח האלקטרומגנטי, כוח הכבידה והכוח הגרעיני החלש, תוך שמירה על נויטרונים ופרוטונים קשורים זה לזה.
המסה וצפיפות היקום
למרות שגודל היקום כולו אינו ידוע בדיוק, היקום הנצפה, החומר ביקום שמדענים חקרו, יש מסה של בערך 2 x 1055 גרם, בערך 25 מיליארד גלקסיות בגודל שביל החלב. זה משתרע על פני 14 מיליארד שנות אור כולל חומר אפל, חומר שמדענים אינם בטוחים לחלוטין במה הוא עשוי והחומר הזוהר שלו, מה אחראי לכוכבים וגלקסיות. צפיפות היקום היא בערך 3 x 10-30 גרם / ס"מ3.
מדענים מגלים הערכות אלה על ידי התבוננות בשינויים ברקע המיקרוגל הקוסמי (ממצאים של קרינה אלקטרומגנטית משלבים פרימיטיביים של היקום), superclusters (אשכולות גלקסיות) ו nucleosynthesis Big Bang (ייצור גרעינים שאינם מימן בשלבים הראשונים של יקום).
חומר כהה ואנרגיה אפלה
מדענים חוקרים את התכונות הללו של היקום כדי לקבוע את גורלו, האם הוא ימשיך להתרחב או בשלב מסוים להתמוטט בפני עצמו. ככל שהיקום ממשיך להתרחב, מדענים נהגו לחשוב שכוחות הכבידה נותנים לאובייקטים כוח אטרקטיבי זה לזה להאט את ההתפשטות.
אולם בשנת 1998, תצפיות טלסקופ החלל האבל על סופרנובות רחוקות הראו שהיקום הוא התרחבות היקום גברה עם הזמן. אף על פי שמדענים לא הבינו מה בדיוק גורם לתאוצה, האצת ההתרחבות הזו גרמה למדענים להעריך כי האנרגיה האפלה, השם לתופעות לא ידועות זו, תסביר זאת.
נותרו תעלומות רבות לגבי המסה ביקום, והן מהוות את רוב המוני היקום. כ- 70% מאנרגיית המסה ביקום מגיעה מאנרגיה אפלה וכ- 25% מחומר אפל. רק כ -5% מגיעים מחומר רגיל. התמונות המפורטות הללו של סוגים שונים של המונים ביקום מראות עד כמה המסה מגוונת יכולה להיות בחסרונות מדעיים שונים.
כוח מצוף וכוח כוח משיכה ספציפי
כוח הכבידה של חפץ במים ו כוח צוף ששומר עליו כלפי מעלה, קבע אם חפץ צף או שוקע. אם הכוח או הצפיפות הדחוסים של העצמים גדולים יותר מהנוזל, הוא צף, ואם לא, הוא שוקע.
צפיפות הפלדה גבוהה בהרבה מצפיפות המים אך מעוצבת כנדרש, הצפיפות עשויה להיות מופחתת עם חללי אוויר ויוצרים ספינות פלדה. צפיפות המים הגדולה יותר מצפיפות הקרח מסבירה גם מדוע קרח צף במים.
כוח משיכה ספציפי הוא הצפיפות של חומר המחולק על ידי צפיפות חומרי ההתייחסות. התייחסות זו היא או אוויר ללא מים לגזים או מים מתוקים לנוזלים ומוצקים.