Калькулятор удельного веса и плавучести

Рассчитайте удельный вес и плавучесть, сравнив плотность вещества с плотностью воды. Введите массу и объём или укажите плотность напрямую.

Укажите массу и объём вещества или введите плотность напрямую. При необходимости можно задать температуру для более точной плотности воды.

Калькулятор удельного веса и плавучести
Рассчитайте удельный вес и плавучесть, сравнив плотность вещества с плотностью воды. Введите массу и объём или укажите плотность напрямую.

О калькуляторе удельного веса

Удельный вес (SG), также называемый относительной плотностью, — это безразмерное отношение, сравнивающее плотность вещества с плотностью опорного вещества — обычно воды при заданной температуре. Формула проста: SG = ρ_substance / ρ_water. Поскольку плотность воды составляет примерно 1.000 г/см³ при 4 °C, численно удельный вес равен плотности вещества в г/см³, если оба значения измерены при одной и той же температуре. Вода выбрана в качестве эталона, потому что она широко доступна, легко очищается и имеет точно определённые физические свойства. Международная ассоциация по свойствам воды и водяного пара (IAPWS) установила полиномиальные уравнения для плотности воды в широком диапазоне температур. При 4 °C вода достигает максимальной плотности 1.000 г/см³; при 20 °C она составляет 0.9982 г/см³; при 100 °C снижается до 0.9584 г/см³. Этот калькулятор использует стандартный полином IAPWS, чтобы подставлять корректную плотность воды для любой заданной температуры. Практическое значение удельного веса очевидно: любое вещество с SG < 1 будет плавать в воде; любое вещество с SG > 1 — тонуть. Лёд (SG ≈ 0.917) плавает, поэтому айсберги лишь частично выступают над поверхностью океана. Породы древесины варьируются от примерно 0.4 (бальза) до значений выше 1.0 (эбеновое дерево). Металлы вроде алюминия (SG ≈ 2.70), железа (7.87), свинца (11.34) и золота (19.32) быстро тонут. В инженерии удельный вес встречается в гидравлическом проектировании, транспортировке суспензий и технологической химии. Нефтяные инженеры используют его для характеристики сырой нефти, измеряя API gravity. Пивовары и виноделы используют его для контроля брожения с помощью ареометра. Геммологи определяют неизвестные камни, сравнивая измеренный SG с эталонными таблицами. Гражданские инженеры проверяют SG заполнителей при проектировании бетонных смесей. Этот калькулятор поддерживает два сценария измерений. Если у вас есть образец, массу и объём которого можно измерить, введите оба значения, и калькулятор сначала вычислит плотность, а затем удельный вес. Если плотность уже известна — из спецификации, опубликованной таблицы или предыдущего измерения — можно ввести её напрямую и пропустить шаг масса-объём. Ввод температуры корректирует эталонную плотность воды, что особенно важно для сравнения жидкость-жидкость, когда обе жидкости меняют плотность с температурой. Плавучесть — это практическое следствие удельного веса. Принцип Архимеда утверждает, что выталкивающая сила, действующая на погружённое тело, равна весу вытесненной жидкости. Если SG < 1, выталкивающая сила превышает вес тела, и оно всплывает; если SG > 1, вес тела превышает выталкивающую силу, и оно тонет. Калькулятор показывает результат по плавучести прямо под значением удельного веса, чтобы вы могли быстро оценить, будет ли объект плавать.

Примеры удельного веса

Распространённые вещества с массой, объёмом, плотностью и удельным весом при 20 °C.

Вещество / условияУдельный весПримечания
Алюминий — 27.0 g, 10.0 cm³, 20 °CSG ≈ 2.70Плотность = 2.70 г/см³. SG > 1, поэтому алюминий тонет. Широко используется в аэрокосмической отрасли благодаря хорошему соотношению прочности к массе.
Этанол — 15.6 g, 20.0 cm³, 25 °CSG ≈ 0.789Плотность ≈ 0.780 г/см³ при 25 °C. SG < 1, поэтому этанол плавает на воде. Важен в пищевой и фармацевтической промышленности.
Кварц — 26.5 g, 10.0 cm³, 20 °CSG ≈ 2.65Плотность = 2.65 г/см³. Стандартный эталонный материал для проверки приборов измерения удельного веса.
Медь — плотность напрямую 8.96 g/cm³, 20 °CSG ≈ 8.97Прямой ввод плотности. Медь сразу тонет. Используется в электрической проводке благодаря высокой проводимости.

Как пользоваться калькулятором удельного веса

  1. Введите массу вещества в граммах и объём в см³ ИЛИ напрямую укажите плотность вещества в г/см³ — оба способа одновременно не нужны.
  2. Задайте температуру в °C, при которой выполнялось измерение. Калькулятор соответствующим образом скорректирует эталонную плотность воды.
  3. Нажмите Рассчитать, чтобы увидеть удельный вес, плотность вещества и то, плавает материал или тонет в воде.
  4. Используйте кнопки примеров, чтобы подставить значения для алюминия, этанола или меди.
  5. Нажмите Сбросить, чтобы очистить все поля и начать новое измерение.

Часто задаваемые вопросы об удельном весе

В чём разница между удельным весом и плотностью?
Плотность — это абсолютная величина (масса на единицу объёма) с единицами вроде г/см³ или кг/м³. Удельный вес — это безразмерное отношение: он сравнивает плотность вещества с плотностью воды при той же или эталонной температуре. Численно SG равен плотности в г/см³, если за эталон взята вода при 4 °C, но концептуально это разные величины.
Почему температура важна для удельного веса?
И вещество, и вода меняют плотность с температурой. Плотность воды достигает максимума при 4 °C (1.000 г/см³) и уменьшается выше или ниже этого значения. Если измерить жидкость при 25 °C и сравнить её с водой при 4 °C, полученный удельный вес будет немного отличаться от случая, когда обе жидкости сравниваются при 25 °C. Указание температуры обеспечивает согласованные и воспроизводимые результаты.
Как измерить объём твёрдого тела неправильной формы?
Используйте метод вытеснения воды: налейте в мерный цилиндр известный объём воды, погрузите твёрдое тело и запишите новый объём. Разница и есть объём тела. Либо подвесьте тело на нити и взвесьте его в воздухе и полностью погружённым в воду; разница весов равна выталкивающей силе, из которой volume = (вес в воздухе − вес в воде) / (ρ_water × g).
Что на практике означает SG больше 1?
SG больше 1 означает, что вещество плотнее воды и при помещении в воду при нормальной гравитации будет тонуть. Чем выше SG, тем плотнее материал. Например, свинец (SG ≈ 11.3) тонет гораздо быстрее, чем керамическая плитка (SG ≈ 2.3). В транспортировке суспензий SG напрямую определяет энергию, необходимую для перекачки взвешенных твёрдых частиц.
Можно ли использовать удельный вес для газов?
Да, но меняется эталон: удельный вес газов обычно измеряют относительно воздуха (ρ_air ≈ 0.00120 г/см³ при 15 °C и 1 атм), а не воды. У природного газа SG относительно воздуха составляет примерно 0.55–0.80, то есть он легче и поднимается вверх, если его выпустить в помещении. Этот калькулятор оптимизирован для жидкостей и твёрдых тел с водой в качестве эталона.
Как удельный вес связан с API gravity в нефтяной отрасли?
API gravity — это альтернативная шкала, определяемая как API° = (141.5 / SG) − 131.5, где SG измеряется относительно воды при 60 °F (15.6 °C). Лёгкая сырая нефть с API° = 40 имеет SG ≈ 0.825, а тяжёлая нефть с API° = 20 — SG ≈ 0.934. Более высокий API означает более лёгкую, более ценную и легче перерабатываемую нефть.