Il densità La massa di una sostanza è il quoziente tra la massa del campione e il volume che occupa, la sua unità di misura è kg / m3 nel Sistema internazionale di unità. La lettera greca ρ (rho) è spesso usata per denotarlo.
La densità dell'acqua, che è il fluido universale, è di 1000 kg / m3 o 1 g / cm3 a 25 ºC, poiché la densità subisce variazioni con la temperatura e la pressione.
Molte volte si trovano oggetti con le stesse dimensioni, eppure alcuni sono più leggeri e altri più pesanti, questo è dovuto a differenze di densità. L'oggetto più leggero ha una densità inferiore rispetto al più pesante.
La densità è una proprietà intensiva della materia, che non dipende dalla quantità di massa del campione in esame, poiché è il rapporto 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, le più basse sono quelle dei gas, quindi l'unità kg / m3 è molto grande e si preferiscono grammi / litro og / L. Altre unità di uso frequente sono grammi / millilitro o grammi / centimetro cubo.
Il concetto di densità è particolarmente utile quando si lavora con fluidi continui come i fluidi, siano essi gas o liquidi..
Secondo la definizione data, la densità ha una formula matematica data da:
Dove la densità è ρ, m è la massa e V è il volume.
La densità di un oggetto può essere calcolata se la sua massa e il suo volume sono stati precedentemente misurati. Quest'ultimo non è sempre facile, in quanto il campione può essere irregolare, tuttavia esistono diversi metodi.
Se il campione ha una forma geometrica regolare, esistono formule che consentono di calcolare il volume in base alle sue dimensioni. Per quanto riguarda la massa, questa può essere ottenuta con l'aiuto di una bilancia.
Se l'oggetto non è regolare, il suo volume può essere determinato misurando il volume spostato immergendolo completamente in un fluido come l'acqua..
Per questo, viene utilizzato un contenitore graduato e viene riempito con un volume esatto di acqua V1, quindi l'oggetto viene completamente immerso e viene misurato il nuovo volume V.Due. Il volume dell'oggetto è uguale alla differenza VDue - V1.
Per utilizzare questo metodo, la sostanza campione non deve dissolversi nell'acqua e deve essere disponibile un contenitore graduato di dimensioni adeguate..
Il principio di Archimede può essere utilizzato per trovare la densità di un campione solido. Il principio afferma che un corpo parzialmente o totalmente immerso in un fluido subisce una forza verso l'alto chiamata spinta, la cui entità è uguale al peso del fluido spostato quando si posiziona il corpo.
Per determinare la densità di un oggetto utilizzando il principio di Archimede, vengono seguiti i seguenti passaggi:
Determina la massa mc dell'oggetto utilizzando una scala.
Riempi un contenitore con un fluido di cui si conosce la densità, che di solito è acqua distillata. Questo valore è chiamato m1.
Immergere completamente l'oggetto solido nel contenitore con acqua, facendo attenzione che non tocchi le pareti. Si osserva che il fluido esercita una spinta E sul solido verso l'alto, e questo a sua volta, per la terza legge di Newton, esercita una reazione di uguale grandezza sull'acqua, ma nella direzione opposta.
Pesando l'insieme, il valore ottenuto, chiamato mDue, sarà quello del contenitore riempito d'acqua più questa reazione.
Dall'equazione della densità, possiamo esprimere il volume V del corpo, che è uguale al volume del fluido spostato:
La massa del fluido spostato mF È semplicemente:
mF = mDue −m1
Perciò:
È la densità come definita sopra: il rapporto tra la massa e il volume del campione.
Chiama 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 l'acqua a 4ºC e 1 atm di pressione e per i gas è aria secca. Viene calcolato da:
Densità relativa = densità del materiale / densità dell'acqua
Sia la densità del materiale che quella dell'acqua devono essere misurate nelle stesse condizioni di pressione e temperatura, ed espresse 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 quella dell'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 galleggiano nell'acqua, mentre quelli la cui densità relativa è maggiore di 1 affondano.
Viene calcolato dal quoziente tra la massa del campione e il suo volume, inclusi i pori e gli spazi con l'aria:
Densità apparente = Massa / Volume = (Mass particelle + Massa aria ) / (Volume particelle+ Volume aria)
Calcola la densità del tappo, sapendo che un cubo realizzato con questo materiale, che misura 1,5 cm di lato, ha una massa di 1 g.
Il volume di un cubo è:
V = ℓ3 = (1,5 cm)3 = 3,375 cm3
L'affermazione indica che la massa m del cubo è m = 1 g, quindi, sostituendo i valori nell'equazione della densità:
ρ = m / V = 1 g / 3,375 cm3 = 0,296 g / cm3
Qual è la massa di una sfera di osmio con raggio di 15 cm?
Partendo dall'equazione della densità:
La massa viene cancellata come:
m = ρ ∙ V
È necessario calcolare il volume della sfera, che è dato dalla formula:
Dove r è 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 nel gioco per la massa:
m = ρ ∙ V = 22570 kg / m3 × 0,01414 m3 = 319,1 kg
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