Was ist spezifisches Gewicht?

Das spezifische Gewicht, auch Einheitsgewicht oder manchmal Gewichtsdichte genannt, beschreibt das Gewicht eines Stoffes im Verhältnis zu seinem Volumen. Sie wird häufig als charakteristische Eigenschaft von Flüssigkeiten und Böden in der Strömungs- bzw. Bodenmechanik verwendet. Das spezifische Gewicht einer bestimmten Substanz ist nicht konstant – es kann sich je nach Temperatur und Druck ändern.

Der griechische Kleinbuchstabe gamma, der in etwa wie ein „y“ aussieht, steht normalerweise für ein spezifisches Gewicht in Gleichungen. Typischerweise wird die Gleichung „gamma = rho*g“ verwendet, um spezifische Gewichte zu berechnen. Rho, ein griechischer Buchstabe, der wie ein abgerundetes „p“ aussieht, steht für die Dichte der Substanz – die Masse der Substanz im Verhältnis zu ihrem Volumen. Manchmal auch als lokale Konstante bezeichnet, stellt „g“ die Erdbeschleunigung dar, die 32.2 Fuß pro Quadratsekunde (etwa 9.81 Meter pro Quadratsekunde) an der Erdoberfläche beträgt.

Standardeinheiten für die Dichte sind Slugs pro Kubikfuß (Slugs/ft^3) oder Pfund-Masse pro Kubikfuß (lbm/ft^3) in britischen Einheiten und Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m^3) in metrischen Einheiten. Die Konstante „g“ wird in Fuß pro Quadratsekunde (ft/s^2) oder Meter pro Quadratsekunde (m/s^2) gemessen. Die Multiplikation der Dichte mit „g“ ergibt die Einheiten Pfund-Kraft pro Kubikfuß (lbf/ft^3) oder Newton pro Kubikmeter (N/m^3).

Wasser hat beispielsweise eine Dichte von 1,000 kg/m^3 in metrischen Einheiten. Die Multiplikation mit 9.81 m/s^2 ergibt ein spezifisches Gewicht von 9,810 N/m^3. In britischen Einheiten beträgt die Dichte von Wasser 1.94 Slug/ft^3, und die Multiplikation mit 32.2 ft/s^2 ergibt 62.4 lb/ft^3. Diese Berechnung wird jedoch nicht verwendet, wenn die Dichte in lbm gemessen wird. Ein Pfund-Masse entspricht einer Pfund-Kraft. Wenn also eine Substanz eine Dichte von 10 lbm/ft^3 hat, hat sie ein spezifisches Gewicht von 10 lbf/ft^3.

In Bezug auf Böden wird das spezifische Gewicht im Allgemeinen als Einheitsgewicht bezeichnet und etwas anders berechnet. Für Bodenproben werden typischerweise zwei Arten von Einheitsgewichten berechnet: das Masseneinheitsgewicht und das Trockeneinheitsgewicht. Das Masseneinheitsgewicht ist das Einheitsgewicht der Probe, wenn die Poren im Boden sowohl Luft als auch Wasser enthalten. Zur Bestimmung des Trockengewichts wird eine Bodenprobe mit Laborgeräten vollständig getrocknet, sodass sie kein Wasser enthält. Das Schüttgewicht ist definiert als das Gesamtgewicht dividiert durch das Gesamtvolumen, während das Trockengewicht das Trockengewicht dividiert durch das Gesamtvolumen ist.

Die Dichte ändert sich je nach Druck und Temperatur, und da das spezifische Gewicht auf der Dichte basiert, kann es sich auch ändern. Die Dichte nimmt mit steigender Temperatur ab, da sich die Moleküle in der Substanz weiter auseinander bewegen. Die Dichte nimmt mit steigendem Druck zu, da der Druck die Moleküle näher zusammendrückt.