الوزن المحدد

الوزن النوعي ، المعروف أيضًا باسم وزن الوحدة (رمزه γ ، الحرف اليوناني غاما )، هو كمية خاصة بالحجم تُعرَّف بأنها الوزن W مقسومًا على حجم V للمادة: γ=دبليوV .{\displaystyle \gamma ={\frac {W}{V}}\ .} وبالمثل، يمكن صياغتها أيضاً على أنها ناتج ضرب الكثافة ، ρ ، وتسارع الجاذبية ، g : γ=ρز.{\displaystyle \gamma =\rho \,g.}وحدة قياسها في النظام الدولي للوحدات (SI) هي نيوتن لكل متر مكعب (N/m³ ) ، وتُعبّر عنها بوحدات أساسية هي كجم⋅م⁻² · ث⁻² . ومن القيم الشائعة الاستخدام الوزن النوعي للماء على سطح الأرض عند درجة حرارة 4 درجات مئوية (39 درجة فهرنهايت) ، والذي يبلغ 9.807 كيلونيوتن لكل متر مكعب أو 62.43 رطل-قوة لكل قدم مكعب . [ 1 ]  

مناقشة

تُعرَّف كثافة المادة بأنها الكتلة مقسومة على الحجم، ويُعبَّر عنها عادةً بوحدة كجم/م³ . على عكس الكثافة، فإن الوزن النوعي ليس خاصية ثابتة للمادة، إذ يعتمد على قيمة تسارع الجاذبية الأرضية ، الذي يتغير بتغير الموقع (مثل جاذبية الأرض ). عمليًا، يُفترض غالبًا استخدام الجاذبية القياسية (وهي قيمة ثابتة)، وعادةً ما تُؤخذ على النحو التالي:9.806 65  م/ث 2 .

قد يؤثر الضغط أيضاً على القيم، وذلك تبعاً لمعامل المرونة الحجمية للمادة، ولكن بشكل عام، عند الضغوط المعتدلة، يكون تأثيره أقل أهمية من العوامل الأخرى. [ 2 ]

التطبيقات

ميكانيكا الموائع

في ميكانيكا الموائع ، يُمثل الوزن النوعي القوة التي تُؤثر بها الجاذبية على وحدة حجم من المائع. ولهذا السبب، تُعبر وحداته عن القوة لكل وحدة حجم (مثل نيوتن/م³ أو رطل/قدم³ ) . يُمكن استخدام الوزن النوعي كخاصية مميزة للمائع . [ 2 ]

ميكانيكا التربة

يُستخدم الوزن النوعي غالبًا كخاصية من خصائص التربة لحل مشاكل أعمال الحفر .

في ميكانيكا التربة، قد يشير الوزن النوعي إلى:

الوزن النوعي للرطوبة
الوزن النوعي للتربة عندما تحتوي الفراغات الموجودة فيها على كل من الماء والهواء. γ=(1+w)جيsγw1+هـ{\displaystyle \gamma ={\frac {(1+w)G_{\text{s}}\gamma _{\text{w}}}{1+e}}} أين
الوزن الجاف للوحدة
الوزن النوعي للتربة عندما تكون جميع فراغاتها مملوءة تمامًا بالهواء، دون وجود ماء. صيغة الوزن النوعي الجاف هي: γد=جيsγw1+هـ=γ1+w{\displaystyle \gamma _{\text{d}}={\frac {G_{\text{s}}\gamma _{\text{w}}}{1+e}}={\frac {\gamma }{1+w}}} أين
الوزن النوعي المشبع
الوزن النوعي للتربة عندما تكون جميع فراغاتها مملوءة بالماء تمامًا، دون وجود هواء. صيغة الوزن النوعي للتربة المشبعة هي: γs=(جيs+هـ)γw1+هـ{\displaystyle \gamma _{\text{s}}={\frac {(G_{\text{s}}+e)\gamma _{\text{w}}}{1+e}}} أين
وزن الوحدة المغمورة
الفرق بين الوزن النوعي للتربة المشبعة والوزن النوعي للماء. [ 4 ] يُستخدم هذا الفرق غالبًا في حساب الإجهاد الفعال في التربة. صيغة الوزن النوعي للتربة المغمورة هي: γ=γs-γw{\displaystyle \gamma '=\gamma _{\text{s}}-\gamma _{\text{w}}} أين
  • γ هو الوزن النوعي للمادة المغمورة
  • γ s هو الوزن النوعي المشبع للمادة
  • γ w هو الوزن النوعي للماء

الهندسة المدنية والميكانيكية

يمكن استخدام الوزن النوعي في الهندسة المدنية والهندسة الميكانيكية لتحديد وزن الهيكل المصمم لتحمل أحمال معينة مع الحفاظ على سلامته والبقاء ضمن حدود التشوه .

الوزن النوعي للماء

الوزن النوعي للماء عند الضغط الجوي القياسي لمستوى سطح البحر (وحدات مترية) [ 2 ]
درجة الحرارة (°مئوية)الوزن النوعي (كيلو نيوتن/ م³ )
09.805
59.807
109.804
159.798
209.789
259.777
309.765
409.731
509.690
609.642
709.589
809.530
909.467
1009.399
الوزن النوعي للماء عند الضغط الجوي القياسي لمستوى سطح البحر (وحدات إمبراطورية) [ 2 ]
درجة الحرارة (فهرنهايت)الوزن النوعي (رطل/قدم مكعب )
3262.42
4062.43
5062.41
6062.37
7062.30
8062.22
9062.11
10062.00
11061.86
12061.71
13061.55
14061.38
15061.20
16061.00
17060.80
18060.58
19060.36
20060.12
21259.83

الوزن النوعي للهواء

الوزن النوعي للهواء عند الضغط الجوي القياسي لمستوى سطح البحر (وحدات مترية) [ 2 ]
درجة الحرارة (°مئوية)الوزن النوعي (نيوتن/ م³ )
-4014.86
-2013.86
012.68
1012.24
2011.82
3011.43
4011.06
6010.4
809.81
1009.28
2007.33
الوزن النوعي للهواء عند الضغط الجوي القياسي لمستوى سطح البحر (وحدات إمبراطورية) [ 2 ]
درجة الحرارة (فهرنهايت)الوزن النوعي (رطل/قدم مكعب )
-40
-200.0903
00.08637
100.08453
200.08277
300.08108
400.07945
500.0779
600.0764
700.07495
800.07357
900.07223
1000.07094
1200.06849
1400.0662
1600.06407
1800.06206
2000.06018
2500.05594

مراجع

  1. المجلس الوطني للممتحنين في الهندسة والمساحة (2005). أساسيات الهندسة - دليل مرجعي (الطبعة السابعة). ISBN 1-932613-00-5.
  2. 1 2 3 4 5 6 فينيمور، جيه إي (2002). ميكانيكا الموائع مع تطبيقات هندسية . نيويورك: ماكجرو هيل. ISBN 0-07-243202-0.
  3. داس، براجا م. (2007). مبادئ الهندسة الجيوتقنية . كندا: كريس كارسون. ISBN 0-495-07316-4.
  4. مجموعة ترانستيك، المحدودة (2012). التعريفات الأساسية ومصطلحات التربة .(تمت مشاهدة الصفحة في 7 ديسمبر 2012)