La densidad es un concepto fundamental en física e ingeniería. No solo está íntimamente ligado a la masa de un objeto, sino que la densidad también es fundamental para determinar si algo flotará cuando se coloque en la superficie de un fluido. Si bien la densidad puede no ser importante de la misma manera que las fuerzas fundamentales, sigue siendo una de las cosas más importantes que usted puede saber sobre una sustancia.

TL; DR (Demasiado tiempo; No lo leyó)

La densidad se define como ρ = m ÷ V, donde ρ es densidad, m es masa y V es volumen. La densidad es importante cuando se determina si algo va a flotar en el agua, y también puede ser útil para calcular la masa de un volumen específico de una sustancia.

¿Qué es la densidad?

La densidad es la masa de una sustancia por unidad de volumen. En la forma de una ecuación, esto significa:

ρ = m ÷ V

La letra griega rho, ρ, se usa tradicionalmente para representar la densidad; m es la masa; y V es el volumen. Las unidades de densidad son kg por metro cúbico, o algo equivalente a esto en otras unidades, como libras por pie cúbico.

El agua es un buen ejemplo de densidad porque a la temperatura diaria, su densidad es cercana a los 1.000 kg /metro cúbico o 1 g /centímetro cúbico. El acero inoxidable, por otro lado, tiene una densidad de 8,000 kg /metro cúbico. Esto encaja con la experiencia cotidiana, porque un bloque de acero inoxidable es más pesado que un bloque de agua del mismo tamaño.

Puede cambiar la densidad de algo comprimiéndolo en volumen (es decir, reduciendo el volumen) o aumentando la cantidad de masa dentro del mismo volumen.

Densidad en general

Aunque la densidad generalmente se refiere a la masa por unidad de volumen, en algunas situaciones el término se puede usar de manera diferente. Por ejemplo, la "densidad numérica" ​​de los objetos es la cantidad de lo que está contando dentro de una unidad de volumen. La densidad de carga es la cantidad de carga eléctrica por unidad de volumen. La densidad de población también se usa como una medida del número de personas por unidad de área o volumen. En general, densidad significa la cantidad de algo dentro de una cierta cantidad de espacio.

La importancia de la densidad: flotabilidad

La densidad tiene una importancia obvia cuando se trata de la flotabilidad de los objetos. En general, si algo es más denso que el agua (con una densidad de más de 1.000 kg /metro cúbico) se hundirá, pero si algo tiene una densidad menor que el agua, flotará.

Más técnicamente, algo comenzará a flote cuando el peso del agua que desplaza (debido a que el área de la superficie hace contacto con el agua y lo lejos que empuja el agua hacia abajo) coincide con el peso del objeto, pero si esto nunca sucede, se hundirá. Si el objeto es más denso que el agua (por ejemplo, un bloque de acero), el peso del agua que desplaza nunca puede igualar el peso del objeto, por lo que seguirá hundiéndose.

El aluminio es un buen producto ejemplo. Es más denso que el agua, pero un trozo de papel de aluminio estirado flotará en el agua debido a la gran superficie que entra en contacto con el agua. Sin embargo, si enrollas la misma cantidad de papel de aluminio en una bola, el área de la superficie en contacto con el agua se vuelve mucho más pequeña y la masa se concentra por encima, por lo que la mayor densidad de aluminio gana y la lámina se hunde. Esta es la razón por la cual los barcos hechos de materiales más densos que el agua flotarán, aunque se hundirá un solo bloque del material: toda la estructura tiene una densidad menor que el bloque porque también contiene mucho aire o material menos denso.

La diferencia en densidad es también la razón por la cual el petróleo flota en la superficie del agua. La densidad de los aceites varía de alrededor de 0.91 a 0.93 g por centímetro cúbico, apenas menos que la densidad del agua. Puede realizar muchos experimentos sobre esta base simple, que muestra que los líquidos más densos se hundirán en el fondo de un recipiente de agua mientras flotarán los líquidos menos densos.

La importancia de la densidad: calcular la masa

Dado que la densidad y la masa están tan estrechamente relacionadas, puede calcular la masa de cierta cantidad de una sustancia siempre que sepa su densidad y el volumen de la sustancia. Esto puede ser útil en ingeniería y otras aplicaciones. Usa la fórmula simple:

m = ρ × V

Para calcular la masa de la sustancia. Por ejemplo, utilizando la densidad del acero antes citada, 0,5 metros cúbicos de acero tienen una masa de:

m = ρ × V = 8,000 kg /metro cúbico × 0,5 metros cúbicos = 4,000 kg

Esto es útil en muchas situaciones diferentes. Por ejemplo, si sabe cuánto espacio hay en una camioneta y cuál es la carga máxima segura que puede transportar la camioneta, puede determinar si será seguro llenándola con un material específico. También podría usar la versión ρ = m ÷ V de la ecuación para determinar cuál es el material más denso que podría transportar con seguridad.