Densità

Spieghiamo qual è la densità, la sua formula, come calcolarla, i tipi che esistono e danno diversi esempi

Tra due oggetti di volume uguale, quello con la più grande densità è uno che ha la massima massa

Cos'è la densità?

IL densità di massa di una sostanza è il quoziente tra la massa del campione e il volume che occupa, essendo la sua unità di misura kg/m³ Nel sistema internazionale di unità. La lettera greca ρ (Rho) è spesso usata per indicarla.

La densità dell'acqua, che è un fluido universale, è di 1000 kg/m³ o 1 g/cm³ a 25 ºC, poiché la densità sperimenta cambia con la temperatura e la pressione.

Molte volte ci sono oggetti con le stesse dimensioni, eppure alcuni sono più leggeri e più pesanti, questo è dovuto alle differenze di densità. L'oggetto più leggero ha meno densità del più pesante.

La densità è una proprietà intensiva della materia, che non dipende dalla quantità di massa del campione che viene esaminata, poiché è la proporzione di massa/volume che rimane costante per la stessa sostanza. Ciò consente di differenziare una sostanza da un'altra.

I materiali hanno una vasta gamma di densità, i minori sono quelli dei gas, quindi l'unità kg/m³ È molto grande e si preferisce grammi/litro o g/l. Altre unità usate di frequente sono grammi/millilitro o grammi/centimetro cubico.

Il concetto di densità è particolarmente utile quando si lavora con mezzi continui come fluidi, se gas o liquidi.

Formula di densità

Secondo la definizione data, la densità ha una formula matematica data da:

Dove la densità è ρ, m è il volume di massa e v.

Come viene misurata la densità?

La densità di un oggetto può essere calcolata se la sua massa e volume sono precedentemente misurati. Quest'ultimo non è sempre facile, perché il campione può essere irregolare, tuttavia ci sono diversi metodi.

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Metodo geometrico

Se il campione ha una forma geometrica regolare, ci sono formule che consentono di calcolare il volume in base alle sue dimensioni. Per quanto riguarda l'impasto, questo può essere ottenuto con l'aiuto di un equilibrio.

Metodo dell'istituzione: spostamento del volume

Misurazione del volume di una chiave per il volume spostato

Se l'oggetto non è regolare, il suo volume può essere determinato misurando il volume spostato quando è completamente immerso in un fluido come l'acqua.

Per questo, un contenitore graduato viene utilizzato e riempito con un volume esatto di acqua V₁, Quindi l'oggetto è completamente immerso e viene misurato il nuovo volume V₂. Il volume dell'oggetto è uguale alla differenza V₂ - V₁.

Per utilizzare questo metodo, la sostanza campione non deve essere sciolta nell'acqua e devi avere un contenitore graduato con la giusta dimensione.

Densità attraverso il principio di Archimede

Il principio di Archimede può essere usato per scoprire la densità di un campione solido. Il principio afferma che un corpo parziale o totalmente sommerso subisce una forza ascendente chiamata spinta, la cui grandezza è uguale al peso del fluido spostato quando si posiziona il corpo.

Per determinare la densità di un oggetto attraverso il principio di Archimedes, questi passaggi vengono seguiti:

• Passo 1

Determina la massa M_C dell'oggetto attraverso un equilibrio.

• Passo 2

Riempi un contenitore con un fluido la cui densità è nota, che di solito è acqua distillata. Questo valore si chiama m₁.

• Passaggio 3

Immergere completamente l'oggetto solido nel contenitore con acqua, facendo attenzione a non toccare le pareti. Si osserva che il fluido esercita una spinta E Sul solido, e questo a sua volta, dalla terza legge di Newton, esercita una reazione di uguale grandezza sull'acqua, ma nella direzione opposta.

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Per valutare il set, il valore ottenuto, chiamato m₂, Sarà quello del contenitore pieno di acqua più questa reazione.

• Passaggio 4

Dall'equazione per la densità, il volume V del corpo può essere espresso, che è equivalente al volume del fluido spostato:

Dove m_C e ρ_C La massa e la densità del corpo sono rispettivamente, mentre m_F e ρ_C Sono la massa e la densità del fluido spostato. Da questa espressione la densità del corpo ρ viene cancellata_C:

La massa del fluido sfrattato m_F È semplicemente:

M_F = m₂ −m₁

Perciò:

Tipi di densità

Densità assoluta  

È la densità come precedentemente definito: il quoziente tra la massa e il volume del campione.

Densità relativa

Chiamato anche Peso specifico, È la densità di una sostanza rispetto a un'altra che viene presa come riferimento. Per solidi e liquidi questa sostanza di riferimento è acqua a 4 ° C e 1 atm di pressione e per i gas è aria secca. È calcolato da:

Densità relativa = densità dell'acqua/densità dell'acqua

Sia la densità del materiale che l'acqua devono essere misurate in condizioni identiche di pressione e temperatura, ed esprimersi nelle stesse unità.

L'immagine seguente mostra le densità relative di acciaio e legno.

Poiché la densità dell'acciaio è di 7800 kg/m³ E l'acqua è di 1000 kg/m³, La densità relativa dell'acciaio, indicata come SG, è:

SG = 7800 /1000 = 7.8

Da parte sua, la densità relativa del legno è:

SG = 500 /1000 = 0.5

Oggetti la cui densità relativa è inferiore a 1 galleggiante nell'acqua, mentre quelli la cui densità relativa è maggiore di 1 affondare.

Densità apparente

È calcolato dal quoziente tra la massa del campione e il suo volume, compresi i pori e gli spazi dell'aria:

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Densità apparente = massa / volume = (massa _particelle + Massa _aria )/ (Volume _particelle+ Volume _aria)

Esempi di densità

• Il metallo più leggero di tutti è litio, con 530 kg/m di densità³
• La densità del sangue è di 1060 kg/m³
• L'osmio è il metallo più noto, con una densità di 22570 kg/m³
• Quarks Plasma ha una densità di 1 × 10¹⁹ kg/m³

Esercizi risolti

Esercizio 1

Calcola la densità del sughero, sapendo che un cubo realizzato con questo materiale, che misura 1.5 cm, ha una massa di 1 g.

• Soluzione

Il volume di un cubo è:

V = ℓ³ = (1.5 cm)³ = 3.375 cm³

L'istruzione indica che la massa m del cubo è m = 1 g, quindi, in sostituzione dei valori nell'equazione di densità:

ρ = m / v = 1g / 3.375 cm³ = 0.296 g/cm³

Esercizio 2

Qual è la massa di una sfera fatta di radio osmio da 15 cm?

• Soluzione

A partire dall'equazione di densità:

L'impasto è cancellato come:

M = ρ ∙ V

È necessario calcolare il volume della sfera, che è dato dalla formula:

Essendo il raggio della sfera. Poiché la densità dell'osmio è 22570 kg/m³, È conveniente esprimere i 15 cm in metri:

R = 15 cm = 15 × 10⁻² M

V = (4/3) π × (15 × 10⁻² M)³ = 0.01414 m³

Questo valore viene sostituito nella clearance dell'impasto:

M = ρ ∙ V = 22570 kg/m³ × 0.01414 m³ = 319.1 kg

Riferimenti

1. Chang, R. 2013. Chimica. 11va. Edizione. McGraw Hill Education.
2. Giancoli, d.  2006. Fisica: principi con applicazioni. 6 °. Ed Prentice Hall.
3. Shipman, j. 2009. Un'introduzione alla scienza fisica. Dodicesima edizione. Brooks/Cole, Cengage Editions.
4. Tippens, p. 2011. Fisica: concetti e applicazioni. 7a edizione. McGraw Hill.
5. Università di Antioquia. Densità solidi. Recuperato da: insegnamento.Voi.Edu.co.