فرادرسوزن مخصوص (Specific Weight) چیست؟ — روابط و کاربردها
«وزن مخصوص» (Specific Weight) یا «وزن واحد» (Unit Weight)، معیاری است که وزن یک ماده در واحد حجم آن را بیان می‌کند. این معیار با علامت حرف یونانی گاما «γ» نمایش داده می‌شود. واحد وزن مخصوص در سیستم SI، نیوتن بر مترمکعب (N/m3) و در سیستم بریتانیایی، پوند بر فوت مکعب (lbf/ft3) است. به عنوان مثال، آب در دمای 4 درجه سانتی‌گراد، وزن مخصوصی معادل 9.807 کیلو نیوتن بر مترمکعب یا 62.43 پوند بر فوت مکعب دارد. در این مقاله، به معرفی کاربردهای وزن مخصوص در حوزه‌های مختلف و ارائه روابط موجود برای محاسبه این معیار خواهیم پرداخت.
رابطه کلی وزن مخصوص
رابطه کلی وزن مخصوص به صورت زیر بیان می‌شود:
- γ: وزن مخصوص ماده - وزن بر واحد حجم بر حسب N/m3
- ρ: چگالی ماده - جرم بر واحد حجم بر حسب kg/m3
- g: شتاب جاذبه - نرخ تغییرات سرعت بر حسب متر بر مجذور ثانیه (m/s2) که مقدار آن بر روی زمین معمولاً 9.81 متر بر مجذور ثانیه است.
تغییرات وزن مخصوص
بر خلاف چگالی، مقدار وزن مخصوص یک ماده به صورت مطلق و قطعی نیست. این معیار به مقدار شتاب گرانشی بستگی دارد که با توجه به موقعیت مکانی تغییر می‌کند. دمای ماده به عنوان یکی از مؤثرترین عوامل دخیل در مقدار وزن مخصوص شناخته می‌شود. فشار نیز می‌تواند با توجه به مدول حجمی ماده بر روی این معیار تأثیرگذار باشد. با این وجود، تأثیر این عامل در فشار معمولی بسیار کمتر از عوامل دیگر است.
کاربردهای وزن مخصوص
پارامتر وزن مخصوص در محاسبات مهندسی بخصوص در حوزه‌هایی نظیر مکانیک سیالات، مکانیک خاک و به طور کلی مهندسی مکانیک، عمران، ژئوتکنیک و غیره کاربرد گسترده‌ای دارد. در ادامه به بیان کاربرد این معیار در حوزه‌های اشاره شده می‌پردازیم.
کاربرد وزن مخصوص در مکانیک سیالات
در مکانیک سیالات، وزن مخصوص بیانگر نیروی ناشی از جاذبه بر روی واحد حجم یک سیال است. از این‌رو، این معیار با واحد نیرو بر روی حجم (نیوتن بر مترمکعب یا پوند بر فوت مکعب) نمایش داده می‌شود. به طور کلی می‌توان وزن مخصوص را به عنوان یکی از خواص معرف سیالات در نظر گرفت.
کاربرد وزن مخصوص در مکانیک خاک
به طور معمول، وزن مخصوص به عنوان یکی از خواص خاک در مسائل مرتبط با عملیات خاکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در مکانیک خاک، وزن مخصوص به شکل‌های مختلف بیان می‌شود:
«وزن مخصوص مرطوب» (Moist Unit Weight): وزن مخصوص خاک در هنگام وجود آب و هوا درون حفره‌های آن را نمایش می‌دهد.
- γ: وزن مخصوص مرطوب ماده
- γw: وزن مخصوص آب
- w: آب محتوای ماده (نسبت حجم آب به حجم کل)
- Gs: چگالی نسبی خاک (نسبت چگالی ماده به چگالی مرجع)
- e: نسبت تخلخل (نسبت حجم حفره‌های ماده به حجم بخش جامد)
«وزن مخصوص خشک» (Dry Unit Weight): وزن مخصوص خاک در هنگام وجود هوا به عنوان تنها پرکننده حفره‌ها را نشان می‌دهد.
- γd: وزن مخصوص خشک ماده
- γ: وزن مخصوص مرطوب ماده
- γw: وزن مخصوص آب
- w: آب محتوای ماده
- Gs: چگالی نسبی خاک
- e: نسبت تخلخل
«وزن مخصوص اشباع» (Saturated Unit Weight): وزن مخصوص خاک در هنگام وجود آب به عنوان تنها پرکننده حفره‌ها (بدون وجود هوا) را نمایش می‌دهد.
- γs: وزن مخصوص اشباع ماده
- γw: وزن مخصوص آب
- w: آب محتوای ماده
- Gs: چگالی نسبی خاک
- e: نسبت تخلخل
«وزن مخصوص غوطه‌وری» (Submerged Unit Weight): تفاوت بین وزن مخصوص اشباع و وزن مخصوص آب را بیان می‌کند. این معیار اغلب برای محاسبه تنش مؤثر در یک خاک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- ′γ: وزن مخصوص غوطه‌وری
- γs: وزن مخصوص اشباع ماده
- γw: وزن مخصوص آب
کاربرد وزن مخصوص در مهندسی مکانیک و عمران
در مهندسی عمران و مکانیک، وزن مخصوص به منظور تعیین وزن یک سازه طراحی شده برای تحمل بارهای مشخص مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این وضعیت تغییرشکل باید در محدوده‌های معین قرار داشته باشد و نباید هیچ آسیبی به سازه وارد شود.
وزن مخصوص آب در دماهای مختلف
در جدول زیر، مقادیر وزن مخصوص آب در دمای 0 تا 100 درجه سانتی‌گراد ارائه شده است.
| دما بر حسب درجه سانتی‌گراد (C°) | وزن مخصوص بر حسب کیلو نیوتن بر مترمکعب (kN/m3) |
| 0 | 9.805 |
| 5 | 9.807 |
| 10 | 9.804 |
| 15 | 9.798 |
| 20 | 9.789 |
| 25 | 9.777 |
| 30 | 9.765 |
| 40 | 9.731 |
| 50 | 9.690 |
| 60 | 9.642 |
| 70 | 9.589 |
| 80 | 9.530 |
| 90 | 9.467 |
| 100 | 9.399 |
وزن مخصوص هوا در دماهای مختلف
در جدول زیر، مقادیر وزن مخصوص هوا در دمای 40- تا 200 درجه سانتی‌گراد نمایش داده شده است.
| دما بر حسب درجه سانتی‌گراد (C°) | وزن مخصوص بر حسب نیوتن بر مترمکعب (N/m3) |
| 40- | 14.86 |
| 20- | 13.86 |
| 0 | 12.68 |
| 10 | 12.24 |
| 20 | 11.82 |
| 30 | 11.43 |
| 40 | 11.06 |
| 60 | 10.4 |
| 80 | 9.81 |
| 100 | 9.28 |
| 200 | 7.33 |
وزن مخصوصه آب سنگین چقدر است
وچگونه محاسبه می شود؟
با سلام؛
برای آشنایی بیشتر پیشنهاد می‌کنیم مطلب زیر از مجله فرادرس را مطالعه کنید.
آب سنگین چیست؟ – از نحوه تولید تا کاربرد به زبان ساده
با تشکر از همراهی شما با مجله فرادرس
سلام وقت بخیر اگه بخوام وزن مخصوص سیب زمینی رو حساب کنم باید چه کار کنم؟
نمونه ای از شن به حجم یک لیتر دارای وزن کل 1.95کیلوگرم می‌باشد.نمونه در داخل توری سیمی گذاشته شده و در آب فرو برده می شود وزن نمونه شن در آب 1.0462کیلوگرم می‌باشد.پس از خشک کردن در کوره وزن نمونه 1.7کیلوگرم می شود .
وزن مخصوص جامد شن،وزن مخصوص کل ،درصد آب ،وزن مخصوص خشک ،تخلخل،درصد اشباع نمونه شن در حالت اولیه؟
با سلام آیا وزن مخصوص خاک در عمق یک متری با وزن مخصوص در عمق ۴۰ متری مساوی است.
خسته نباشید بسیار ساده ،واضح و مفید بیان شده است
سلام.
فکر میکنم واحد اعلام شده در جداول درست نمی باشد. واحد های وزن مخصوص در دماهای مختلف باید به کیلو نیوتن بر مترمکعب بیان شود.
با عرض سلام؛ ممنون از نکته ای که اشاره کردید. برای جدول اول (وزن مخصوص آب) نظر شما کاملا درست هست و تغییرات لازم اعمال شد اما برای جدول دوم به دلیل کوچک بودن وزن مخصوص هوا، در منابع مختلف معمولا از واحد نیوتن بر متر مکعب استفاده می شود.