O densidade A massa de uma substância é o quociente entre a massa da amostra e o volume que ela ocupa, sendo sua unidade de medida kg / m3 no Sistema Internacional de Unidades. A letra grega ρ (rho) é freqüentemente usada para denotá-lo.
A densidade da água, que é o fluido universal, é 1000 kg / m3 ou 1 g / cm3 a 25 ºC, uma vez que a densidade sofre alterações com a temperatura e pressão.
Muitas vezes são encontrados objetos com as mesmas dimensões, mas alguns são mais leves e outros mais pesados, isso se deve às diferenças de densidade. O objeto mais leve tem uma densidade menor do que o mais pesado.
A densidade é uma propriedade intensiva da matéria, que não depende da quantidade de massa da amostra a ser examinada, pois é a relação massa / volume que permanece constante para a mesma substância. Isso torna possível diferenciar uma substância de outra.
Os materiais possuem uma ampla gama de densidades, as mais baixas são as dos gases, portanto a unidade kg / m3 é muito grande e gramas / litro ou g / L são os preferidos. Outras unidades usadas com frequência são gramas / mililitro ou gramas / centímetro cúbico.
O conceito de densidade é especialmente útil ao trabalhar com meios contínuos, como fluidos, sejam eles gases ou líquidos..
De acordo com a definição dada, a densidade tem uma fórmula matemática dada por:
Onde a densidade é ρ, m é a massa e V é o volume.
A densidade de um objeto pode ser calculada se sua massa e volume forem medidos previamente. Este último nem sempre é fácil, pois a amostra pode ser irregular, porém existem vários métodos.
Se a amostra tem uma forma geométrica regular, existem fórmulas que permitem que o volume seja calculado com base em suas dimensões. Quanto à massa, esta pode ser obtida com o auxílio de uma balança.
Se o objeto não for regular, seu volume pode ser determinado medindo o volume deslocado, submergindo-o completamente em um fluido como a água..
Para isso, é utilizado um recipiente graduado e preenchido com um volume exato de água V1, então o objeto está completamente submerso e o novo volume V é medidodois. O volume do objeto é igual à diferença Vdois - V1.
Para usar este método, a substância da amostra não deve se dissolver na água e um recipiente graduado do tamanho apropriado deve estar disponível..
O princípio de Arquimedes pode ser usado para encontrar a densidade de uma amostra sólida. O princípio afirma que um corpo parcialmente ou totalmente submerso em um fluido experimenta uma força ascendente denominada empuxo, cuja magnitude é igual ao peso do fluido deslocado ao colocar o corpo.
Para determinar a densidade de um objeto usando o princípio de Arquimedes, as seguintes etapas são seguidas:
Determine a massa mc do objeto usando uma escala.
Encha um recipiente com um fluido de densidade conhecida, que geralmente é água destilada. Este valor é chamado de m1.
Mergulhe completamente o objeto sólido no recipiente com água, tomando cuidado para que não toque nas paredes. Observa-se que o fluido exerce um impulso E no sólido para cima, e este por sua vez, pela terceira lei de Newton, exerce uma reação de igual magnitude sobre a água, mas na direção oposta.
Ao pesar o conjunto, o valor obtido, denominado mdois, será o do recipiente cheio de água mais esta reação.
A partir da equação da densidade, podemos expressar o volume V do corpo, que é igual ao volume de fluido deslocado:
A massa do fluido desalojado mF É simplesmente:
mF = mdois −m1
Portanto:
É a densidade conforme definido acima: a razão da massa para o volume da amostra.
Ligue também gravidade específica, É a densidade de uma substância em relação a outra que é tomada como referência. Para sólidos e líquidos, esta substância de referência é água a 4ºC e 1 atm de pressão e para gases é ar seco. É calculado por:
Densidade relativa = densidade do material / densidade da água
Tanto a densidade do material quanto a da água devem ser medidas nas mesmas condições de pressão e temperatura e expressas nas mesmas unidades..
A imagem a seguir mostra as densidades relativas de aço e madeira.
Uma vez que a densidade do aço é 7800 kg / m3 e o da água é de 1000 kg / m3, A densidade relativa do aço, denotada como sg, é:
sg = 7800/1000 = 7,8
Por sua vez, a densidade relativa da madeira é:
sg = 500/1000 = 0,5
Objetos cuja densidade relativa é menor que 1 flutuam na água, enquanto aqueles cuja densidade relativa é maior que 1 afundam.
É calculado pelo quociente entre a massa da amostra e seu volume, incluindo poros e espaços com ar:
Densidade aparente = Massa / Volume = (Massa partículas + Massa ar ) / (Volume partículas+ Volume ar)
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.
O volume de um cubo é:
V = ℓ3 = (1,5 cm)3 = 3,375 cm3
O enunciado indica que a massa m do cubo é m = 1 g, portanto, substituindo valores na equação de densidade:
ρ = m / V = 1g / 3,375 cm3 = 0,296 g / cm3
Qual é a massa de uma esfera de ósmio com raio de 15 cm?
A partir da equação da densidade:
A massa é apagada como:
m = ρ ∙ V
É necessário calcular o volume da esfera, que é dado pela fórmula:
Onde r é o raio da esfera. Uma vez que 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 folga pela massa:
m = ρ ∙ V = 22570 kg / m3 × 0,01414 m3 = 319,1 kg
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