Basic
Ciężar właściwy (znany również jako „gęstość względna”) to stosunek między ciężarem kamienia w powietrzu a ciężarem takiej samej objętości w wodzie. Zgodnie z konwencją, temperatura wody wynosi 4° C i przy standardowej atmosferze, ponieważ gęstość wody jest największa w tych warunkach. Warunki temperatury pokojowej są odpowiednie dla celów gemmologicznych, ponieważ niewielka różnica w gęstości wody będzie miała niewielki wpływ na odczyty (mierzone z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku).
Ponieważ ciężar właściwy jest względny do masy obiektu w powietrzu i jego masy w wodzie, jest to stosunek i nie jest wyrażony w jednostkach (takich jak kg/m³). Na przykład, SG diamentu = 3.52 (podczas gdy gęstość diamentu = 3.52 g/cm³).
W gemmologii, ciężar właściwy jest, zazwyczaj, określany za pomocą aparatury opartej na Zasadzie Archimedesa.
Zasada Archimedesa (lub Prawo Wyporu) stwierdza, że: siła działająca w górę na zanurzony obiekt jest równa ciężarowi wypartej cieczy.
To może brzmieć skomplikowanie, ale jest to dość proste, ale genialne prawo.
Rozważmy dwie kulki o równej wadze, ale o różnym ciężarze właściwym, na przykład 10-gramową kulkę złotą i 10-gramową kulkę srebrną. Złota kulka ma sg równe 19,3, podczas gdy srebrna ma sg równe 10,5.
Ponieważ złoto ma sg prawie dwa razy większe niż srebro, możesz sobie wyobrazić, że 10-gramowa złota kulka będzie mniejsza niż 10-gramowa srebrna kulka. Innymi słowy, złota kulka będzie miała mniejszą objętość niż srebrna kulka.
Gdy zawiesimy obie kulki w wodzie (zanurzone), wtedy srebrna kulka wyprze znacznie więcej wody niż złota kulka z powodu jej większej objętości.
Woda ma sg równe 1, więc waga centymetra sześciennego wody wynosi 1 gram (w rzeczywistości 0,0098 niutona, ale gramy zostały użyte dla uproszczenia). Dzięki pewnej prostej matematyce możemy obliczyć objętość kulek. Objętość złotej kuli wynosi 0,52 centymetra sześciennego, a objętość srebrnej kuli wynosi 0,95 centymetra sześciennego (objętość to masa podzielona przez gęstość).
Z tego możemy wywnioskować, że srebrna kula wyprze 0,95 centymetra sześciennego wody, która waży 0,95 grama. Złota kulka wyprze 0,52 grama wody (ponieważ 1 centymetr sześcienny wody waży 1 gram).
Powracamy do Zasady Archimedesa: siła działająca w górę na zanurzony obiekt jest równa ciężarowi wypartego płynu (w tym przypadku jest to woda). Srebrna kulka wypiera większy ciężar wody, więc doświadczy większej siły skierowanej ku górze niż złota kulka i będzie się unosić wyżej w wodzie, gdy zostanie zanurzona.
Częstym błędem jest wrzucenie obiektu do wody w taki sposób, aby zatonął na dnie. To nie może działać w tym przypadku, ponieważ wtedy nie jest już „zanurzony”.
Gęstość
Gęstość różni się od ciężaru właściwego tym, że jest to masa obiektu podzielona przez jego objętość, wyrażona w kg/m³ według standardów SI (Le Système International d’Unités – Międzynarodowy Układ Jednostek). W gemmologii stosuje się g/cm³. Inne systemy ważenia są nadal szeroko stosowane (głównie w USA i Wielkiej Brytanii), ale system metryczny SI powoli znajduje zastosowanie również tam.
Masa i ciężar
Masa jest ilością materiału w obiekcie i jest właściwością fizyczną tego obiektu (jak kamień szlachetny), wyrażoną w kg (kilogram) według norm SI.
Waga jest siłą grawitacyjną (9,8 m/s²) działającą na ten obiekt i jest wyrażona w N (niutonach). Waga nie jest właściwością fizyczną, ponieważ może się zmieniać w różnych sytuacjach. Kamień ważyłby mniej na ziemskim księżycu niż na Ziemi, ale jego masa pozostałaby taka sama.
Jak można wywnioskować, powinniśmy używać „masy” zamiast „ciężaru”, gdy jesteśmy naukowo poprawni, ale w codziennym użyciu masa i ciężar są wymienne.
Karat (ct) jest przyjętą jednostką masy (lub wagi, jeśli chcesz).
Pomiar ciężaru właściwego
Metoda pomiaru SG jest z wagą hydrostatyczną.
Najpierw kamień jest ważony w powietrzu, a następnie ważony, gdy jest całkowicie zanurzony w wodzie. Po tych czynnościach wagi wstawia się do prostego wzoru.
Demonstrację można zobaczyć na tym filmie.
Prezentacja wideo
Wideo: Film prezentujący metodę wyznaczania hydrostatycznego ciężaru właściwego
.