Mikä on ominaispaino?

Ominaispaino, jota kutsutaan myös yksikköpainoksi tai joskus painotiheydeksi, kuvaa aineen painoa suhteessa sen tilavuuteen. Sitä käytetään usein nesteiden ja maaperän ominaisominaisuutena neste- ja maaperämekaniikan aloilla. Minkä tahansa aineen ominaispaino ei ole vakio – se voi muuttua lämpötilan ja paineen perusteella.

Kreikan pieni kirjain gamma, joka näyttää jotain “y”, edustaa yleensä ominaispainoa yhtälöissä. Tyypillisesti yhtälöä ”gamma = rho*g” käytetään tiettyjen painojen laskemiseen. Rho, kreikkalainen kirjain, joka näyttää pyöristetyltä “p”, edustaa aineen tiheyttä – aineen massaa suhteessa sen tilavuuteen. Joskus kutsutaan paikalliseksi vakioksi, “g” edustaa painovoiman aiheuttamaa kiihtyvyyttä, joka on 32.2 jalkaa neliösekuntia kohti (noin 9.81 metriä neliösekunnissa) maan pinnalla.

Vakiotiheysyksiköt ovat etanoita kuutiometriä kohti (etanoita/ft^3) tai kiloa-massa kuutiometriä kohti (lbm/ft^3) keisarillisina yksikköinä ja kilogrammoja kuutiometriä kohti (kg/m^3) metriyksiköinä. Vakio “g” mitataan jaloina neliösekuntia (ft/s^2) tai metrejä neliösekuntia kohti (m/s^2). Kun tiheys kerrotaan “g”: llä, saadaan yksikköä kiloa-voimaa kuutiometriä kohti (lbf/ft^3) tai Newtonia kuutiometriä kohti (N/m^3).

Esimerkiksi veden tiheys on 1,000 kg/m^3 metriyksiköissä. Kerrottuna 9.81 m/s^2 saadaan ominaispaino 9,810 N/m^3. Keisarillisissa yksiköissä veden tiheys on 1.94 etanaa/ft^3, ja kerrottuna 32.2 ft/s^2 saadaan 62.4 lb/ft^3. Tätä laskentaa ei kuitenkaan käytetä, kun tiheys mitataan lbm. Yksi kilomassa vastaa yhtä kilovoimaa, joten jos aineen tiheys on 10 lbm/ft^3, sen ominaispaino on 10 lbf/ft^3.

Maaperään viitattaessa ominaispainoon viitataan yleensä yksikköpainona ja se lasketaan hieman eri tavalla. Maaperänäytteille lasketaan tyypillisesti kahdenlaisia ​​yksikköpainoja: irtoyksikköpaino ja kuivayksikköpaino. Yksikköpaino on näytteen yksikköpaino, kun maaperän huokoset sisältävät sekä ilmaa että vettä. Kuivan yksikön painon määrittämiseksi laboratoriolaitteilla kuivataan maaperänäyte kokonaan, jotta se ei sisällä vettä. Yksikköpaino on määritelty kokonaispainona jaettuna kokonaistilavuudella, kun taas kuiva yksikköpaino on kuivapaino jaettuna kokonaistilavuudella.

Tiheys muuttuu paineen ja lämpötilan perusteella, ja koska ominaispaino perustuu tiheyteen, se voi myös muuttua. Tiheys pienenee lämpötilan noustessa, koska aineen molekyylit liikkuvat kauemmas toisistaan. Tiheys kasvaa paineen kasvaessa, koska paine pakottaa molekyylit lähemmäs toisiaan.