Grundlæggende
Specifik tyngdekraft (også kendt som “relativ massefylde”) er forholdet mellem vægten af en sten i luften og vægten af et tilsvarende volumen i vand. Konventionelt er vandets temperatur 4° C og ved standardatmosfære, fordi vandets massefylde er størst under disse forhold. Forhold ved stuetemperatur er tilstrækkelige til gemmologiske formål, da den lille forskel i vandets massefylde vil have ringe indflydelse på aflæsningerne (målt med anden decimal).
Da den specifikke tyngde er relativ til vægten af en genstand i luft og dens vægt i vand, er den et forhold og udtrykkes ikke i enheder (som f.eks. kg/m³). For eksempel er SG for diamant = 3,52 (mens densiteten af diamant = 3,52 g/cm³).
I gemmologi bestemmes den specifikke tyngdekraft normalt ved hjælp af et apparat baseret på Archimedes’ princip.
Archimedes’ princip (eller loven om opdrift) fastslår, at: den opadgående kraft på en nedsænket genstand er lig med vægten af den fortrængte væske.
Dette kan lyde kompliceret, men det er en ret simpel, men genial lov.
Tænk på to kugler med samme vægt, men med forskellig specifik tyngde, f.eks. en guldkugle på 10 gram og en sølvkugle på 10 gram. Guldkuglen har en sg på 19,3, mens sølv har en sg på 10,5.
Da guld har en sg, der er næsten dobbelt så stor som sølv, kan du forestille dig, at den 10-grams guldkugle vil være mindre end den 10-grams sølvkugle. Med andre ord vil guldkuglen have et mindre volumen end sølvkuglen.
Når man hænger begge kugler i vand (nedsænket), så vil sølvkuglen fortrænge meget mere vand end guldkuglen på grund af dens større volumen.
Vand har et sg på 1, så vægten af en kubikcentimeter vand er 1 gram (i virkeligheden 0,0098 Newton, men gram bruges for enkelhedens skyld). Ved hjælp af lidt simpel matematik kan vi beregne kuglernes volumen. Guldkuglens volumen er 0,52 kubikcentimeter, og sølvkuglens volumen er 0,95 kubikcentimeter (volumen er masse divideret med densitet).
Deraf kan vi konkludere, at sølvkuglen vil fortrænge 0,95 kubikcentimeter vand, som vejer 0,95 gram. Den gyldne kugle vil fortrænge 0,52 gram vand (fordi 1 kubikcentimeter vand vejer 1 gram).
Nu tilbage til Archimedes’ princip: Den opadgående kraft på en nedsænket genstand er lig med vægten af den fortrængte væske (væsken er vand i dette tilfælde). Sølvkuglen fortrænger en større vægt af vand, så den vil opleve en større opadgående kraft end guldkuglen og vil stige højere op i vandet, når den er nedsænket.
En almindelig fejl er at lade genstanden falde i vandet på en sådan måde, at den vil synke til bunds. Det kan ikke fungere i det tilfælde, da den så ikke længere er “nedsænket”.
Densitet
Densiteten er forskellig fra den specifikke tyngdekraft, idet den er en genstands masse divideret med dens volumen, udtrykt i kg/m³ efter SI-standarder (Le Système International d’Unités – Det Internationale Enhedssystem). I gemmologi anvendes g/cm³. Andre vejesystemer er stadig meget udbredt (mest i USA og Storbritannien), men det metriske SI-system er også langsomt ved at vinde indpas i disse lande.
Masse og vægt
Masse er mængden af materiale i en genstand og er en fysisk egenskab ved denne genstand (som f.eks. en ædelsten), udtrykt i kg (kilogram) efter SI-standarder.
Vægt er tyngdekraften (9,8 m/s²) på denne genstand og udtrykkes i N (newton). Vægt er ikke en fysisk egenskab, da den kan ændre sig i forskellige situationer. En sten ville veje mindre på Jordens måne end på Jorden, men dens masse ville forblive den samme.
Som det kan konkluderes, bør vi bruge “masse” i stedet for “vægt”, når vi er videnskabeligt korrekte, men i daglig brug er masse og vægt indbyrdes ombyttelige.
Karaten (ct) er en accepteret enhed for masse (eller vægt, om man vil).
Måling af specifik tyngdekraft
Metoden til måling af SG er med en hydrostatisk vægt.
Først vejes stenen i luft og derefter vejes den, når den er helt nedsænket i vand. Herefter indsættes vægtene i en simpel formel.
\
En demonstration kan ses i denne video.
Videopræsentation
Video \(\PageIndex{1}\): Video, der viser metoden til bestemmelse af den hydrostatiske specifikke tyngdekraft