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 puede saber sobre una sustancia.
TL; DR (Demasiado largo; No se leyó)
La densidad se define como ρ \u003d m ÷ V, donde ρ es densidad, m es masa y V es volumen. La densidad es importante al determinar si algo flotará 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 un sustancia por unidad de volumen. En la forma de una ecuación, esto significa:
ρ \u003d 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 temperatura diaria, su densidad es cercana a 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 masa por unidad de volumen, en algunas situaciones el término puede usarse de manera diferente. Por ejemplo, la "densidad numérica" de los objetos es el número de lo que sea que esté 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 términos generales, si algo es más denso que el agua (que tiene 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 flotan cuando el peso del agua que desplaza (debido a que el área de 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 continuará hundiéndose.
El aluminio es un buen ejemplo. Es más denso que el agua, pero un trozo de papel de aluminio extendido flotará sobre el agua debido a la gran superficie que hace contacto con el agua. Sin embargo, si enrolla la misma cantidad de papel de aluminio en una bola, el área de 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 el papel de aluminio se hundirá. Esta es la razón por la cual las embarcaciones hechas de materiales más densos que el agua flotarán, a pesar de que un solo bloque del material se hundirá: toda la estructura tiene una densidad menor que el bloque porque también contiene mucho aire o material menos denso.
La diferencia en la densidad también es la razón por la cual el petróleo flota en la superficie del agua. La densidad de los aceites oscila entre 0,91 y 0,93 g por centímetro cúbico, justo menos que la densidad del agua. Puede realizar muchos experimentos sobre esta base simple, demostrando que los líquidos más densos se hundirán en el fondo de un recipiente con agua mientras que los líquidos menos densos flotarán.
La importancia de la densidad: calcular la masa
Desde la densidad y la masa están tan estrechamente relacionadas que puede calcular la masa de una cierta cantidad de una sustancia fácilmente siempre que conozca su densidad y el volumen de la sustancia. Esto puede ser útil en ingeniería y otras aplicaciones. Use la fórmula simple:
m \u003d ρ × V
Para calcular la masa de la sustancia. Por ejemplo, usando la densidad de acero citada anteriormente, 0.5 metros cúbicos de acero tiene una masa de:
m \u003d ρ × V \u003d 8,000 kg /metro cúbico × 0.5 metros cúbicos \u003d 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 llenarla con un material específico será seguro. También podría usar la versión ρ \u003d m ÷ V de la ecuación para determinar cuál es el material más denso que podría transportar con seguridad.
