Densidade

Explicamos qual é a densidade, sua fórmula, como calculá -la, os tipos que existem e dão vários exemplos

Entre dois objetos de igual volume, aquele com a maior densidade é aquele que tem a maior massa

O que é densidade?

O densidade de massa de uma substância é o quociente entre a massa da amostra e o volume que ocupa, sendo sua unidade de medida kg/m³ No sistema internacional de unidades. A letra grega ρ (rho) é frequentemente usada para denotar.

A densidade da água, que é o líquido universal, é de 1000 kg/m³ o 1 g/cm³ a 25 ºC, já que a densidade experimenta mudanças com temperatura e pressão.

Muitas vezes existem objetos com as mesmas dimensões, e ainda assim alguns são mais leves e mais pesados, isso se deve a diferenças de densidade. O objeto mais leve tem menos densidade do que o mais pesado.

A densidade é uma propriedade intensiva da matéria, que não depende da quantidade de massa da amostra que é examinada, pois é a proporção de massa/volume que permanece constante para a mesma substância. Isso permite diferenciar uma substância de outra.

Os materiais têm uma ampla gama de densidades, os menores são os de gases; portanto, a unidade kg/m³ É muito grande e gramas/litro ou g/l é preferido. Outras unidades usadas frequentemente são gramas/mililitro ou gramas/centímetro cúbico.

O conceito de densidade é especialmente útil ao trabalhar com meios contínuos, como fluidos, sejam gases ou líquidos.

Fórmula de densidade

De acordo com a definição fornecida, a densidade tem uma fórmula matemática dada por:

Onde a densidade é ρ, m é o volume de massa e V.

Como a densidade é medida?

A densidade de um objeto pode ser calculada se sua massa e volume forem medidos anteriormente. O último nem sempre é fácil, porque a amostra pode ser irregular, no entanto, existem vários métodos.

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Método geométrico

Se a amostra tiver uma forma geométrica regular, existem fórmulas que permitem calcular o volume com base em suas dimensões. Quanto à massa, isso pode ser obtido com a ajuda de um equilíbrio.

Método de estabelecimento: deslocamento de volume

Medição do volume de uma chave pelo volume deslocado

Se o objeto não for regular, seu volume poderá ser determinado medindo o volume deslocado quando completamente imerso em um fluido como água.

Para isso, um recipiente graduado é usado e cheio de um volume exato de água V₁, Então o objeto está completamente imerso e o novo volume V é medido₂. O volume do objeto é igual à diferença v₂ - V₁.

Para usar esse método, a substância da amostra não deve ser dissolvida na água e você precisa ter um recipiente graduado com o tamanho certo.

Densidade através do Princípio de Arquimedes

O princípio dos arquimedes pode ser usado para descobrir a densidade de uma amostra sólida. O princípio afirma que um corpo parcial ou totalmente submerso passa por uma força ascendente chamada push, cuja magnitude é igual ao peso do fluido deslocado ao colocar o corpo.

Para determinar a densidade de um objeto através do princípio do Arquimedes, essas etapas são seguidas:

• Passo 1

Determinar a massa m_c do objeto através de um equilíbrio.

• Passo 2

Encha um recipiente com um fluido cuja densidade é conhecida, que geralmente é água destilada. Este valor é chamado de m₁.

• etapa 3

Submergir completamente o objeto sólido no recipiente com água, tomando cuidado para que eu não toque nas paredes. Observa -se que o fluido exerce um impulso E No sólido, e isso, por sua vez, pela terceira lei de Newton, exerce uma reação de igual magnitude na água, mas na direção oposta.

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Para pesar o conjunto, o valor obtido, chamado m₂, Será o do recipiente cheio de água mais nesta reação.

• Passo 4

A partir da equação para a densidade, o volume V do corpo pode ser expresso, o que é equivalente ao volume de fluido deslocado:

Onde m_c e ρ_c A massa e a densidade do corpo são respectivamente, enquanto M_F e ρ_c Eles são a massa e a densidade do fluido deslocado. A partir desta expressão, a densidade do corpo ρ é limpa_c:

A massa do fluido despejada m_F É simplesmente:

m_F = m₂ −m₁

Portanto:

Tipos de densidade

Densidade absoluta  

É a densidade como definido anteriormente: o quociente entre a massa e o volume da amostra.

Densidade relativa

Chamado também gravidade específica, É a densidade de uma substância em relação a outra que é tomada como uma referência. Para sólidos e líquidos, essa substância de referência é água a 4 ° C e 1 atm de pressão e, para gases, é ar seco. É calculado por:

Densidade relativa = densidade da água/densidade da água

Tanto a densidade do material quanto a água devem ser medidas sob condições idênticas de pressão e temperatura e se expressar nas mesmas unidades.

A imagem a seguir mostra as densidades relativas de aço e madeira.

Como a densidade do aço é de 7800 kg/m³ E a água é de 1000 kg/m³, A densidade relativa do aço, indicada como SG, é:

Sg = 7800 /1000 = 7.8

Por sua parte, a densidade relativa da madeira é:

sg = 500 /1000 = 0.5

Objetos cuja densidade relativa é menor que 1 flutuação na água, enquanto aqueles cuja densidade relativa é maior que 1 afundamento.

Densidade aparente

É calculado pelo quociente entre a massa da amostra e seu volume, incluindo poros e espaços aéreos:

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Densidade aparente = massa / volume = (massa _partículas + Massa _ar )/ (Volume _partículas+ Volume _ar)

Exemplos de densidade

• O metal mais leve de todos é o lítio, com densidade de 530 kg/m³
• A densidade sanguínea é de 1060 kg/m³
• O ósmio é o metal mais conhecido, com uma densidade de 22570 kg/m³
• Quarks Plasma tem uma densidade de 1 × 10¹⁹ kg/m³

Exercícios resolvidos

Exercício 1

Calcule a densidade da cortiça, sabendo que um cubo feito com este material, que mede 1.5 cm de lado, tem uma massa de 1 g.

• Solução

O volume de um cubo é:

V = ℓ³ = (1.5 cm)³ = 3.375 cm³

A declaração indica que a massa m do cubo é m = 1 g, portanto, substituindo os valores na equação de densidade:

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

Exercício 2

Qual é a massa de uma esfera feita de 15 cm de rádio ósmio?

• Solução

A partir da equação de densidade:

A massa é limpa como:

M = ρ ∙ V

É necessário calcular o volume da esfera, que é dada pela fórmula:

Sendo o raio da esfera. Como a densidade do ósmio é 22570 kg/m³, É conveniente expressar os 15 cm em metros:

R = 15 cm = 15 × 10⁻² m

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

Este valor é substituído na liberação da massa:

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

Referências

1. Chang, R. 2013. Química. 11VA. Edição. Educação de McGraw Hill.
2. Giancoli, d.  2006. Física: Princípios com aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
3. Shipman, j. 2009. Uma introdução à ciência física. Décima Segunda Edição. Brooks/Cole, Cengage Editions.
4. Tiptens, p. 2011. Física: conceitos e aplicações. 7ª edição. McGraw Hill.
5. Universidade de Antioquia. Densidade de sólidos. Recuperado de: ensino.você.Edu.co.