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Introdução à densidade: definição e cálculo

Introdução à densidade: definição e cálculo


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A densidade de um material é definida como sua massa por unidade de volume. Em outras palavras, densidade é a razão entre massa e volume ou massa por unidade de volume. É uma medida da quantidade de material que um objeto possui em um volume unitário (metro cúbico ou centímetro cúbico). A densidade é essencialmente uma medida de quão firmemente a matéria é amontoada. O princípio da densidade foi descoberto pelo cientista grego Arquimedes, mas é fácil calcular se você conhece a fórmula e entende suas unidades relacionadas.

Fórmula de densidade

Para calcular a densidade (geralmente representada pela letra grega "ρ") de um objeto, pegue a massa (m) e divida pelo volume (v):

ρ = m / v

A unidade SI de densidade é quilograma por metro cúbico (kg / m3) Também é frequentemente representado na unidade cgs de gramas por centímetro cúbico (g / cm3).

Como encontrar densidade

Ao estudar a densidade, pode ser útil resolver um problema de amostra usando a fórmula da densidade, conforme mencionado na seção anterior. Lembre-se de que, embora a densidade seja, de fato, a massa dividida pelo volume, ela é frequentemente medida em unidades de gramas por centímetro cúbico, porque os gramas representam um peso padrão, enquanto os centímetros cúbicos representam o volume do objeto.

Para esse problema, pegue um tijolo de sal medindo 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm, que pesa 433 gramas. Para encontrar a densidade, use a fórmula, que ajuda a determinar a quantidade de massa por unidade de volume ou:

ρ = m / v

Neste exemplo, você tem as dimensões do objeto e, portanto, precisa calcular o volume. A fórmula do volume depende da forma do objeto, mas é um cálculo simples para uma caixa:

v = comprimento x largura x espessura
v = 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm
v = 200,0 cm ^ 3

Agora que você tem a massa e o volume, calcule a densidade da seguinte maneira:

ρ = m / v
ρ = 433 g / 200,0 cm ^ 3
ρ = 2,165 g / cm ^ 3

Assim, a densidade do tijolo de sal é de 2,165 g / cm ^ 3.

Usando densidade

Um dos usos mais comuns da densidade está na maneira como diferentes materiais interagem quando misturados. A madeira flutua na água porque tem uma densidade mais baixa, enquanto uma âncora afunda porque o metal tem uma densidade mais alta. Os balões de hélio flutuam porque a densidade do hélio é menor que a densidade do ar.

Quando sua estação de serviço automotivo testa vários líquidos, como fluido de transmissão, ele despeja parte do fluido em um hidrômetro. O hidrômetro possui vários objetos calibrados, alguns dos quais flutuam no líquido. Observando quais objetos flutuam, os funcionários da estação de serviço podem determinar a densidade do líquido. No caso do fluido de transmissão, esse teste revela se os funcionários da estação de serviço precisam substituí-lo imediatamente ou se o fluido ainda tem alguma vida útil.

A densidade permite resolver a massa e o volume, se receber a outra quantidade. Como a densidade de substâncias comuns é conhecida, esse cálculo é bastante simples, na forma. (Observe que o símbolo do asterisco - "*" - é usado para evitar confusão com as variáveis ​​de volume e densidade,ρ e v, respectivamente.)

v * ρ = mou
m
/ ρ = v

A mudança na densidade também pode ser útil na análise de algumas situações, como sempre que ocorre uma conversão química e libera energia. A carga em uma bateria de armazenamento, por exemplo, é uma solução ácida. À medida que a bateria descarrega eletricidade, o ácido se combina com o chumbo na bateria para formar um novo produto químico, o que resulta em uma diminuição na densidade da solução. Essa densidade pode ser medida para determinar o nível de carga restante da bateria.

Densidade é um conceito-chave na análise de como os materiais interagem na mecânica dos fluidos, clima, geologia, ciências dos materiais, engenharia e outros campos da física.

Gravidade específica

Um conceito relacionado à densidade é a gravidade específica (ou, ainda mais apropriada, a densidade relativa) de um material, que é a razão entre a densidade do material e a densidade da água. Um objeto com uma gravidade específica menor que um flutua na água, enquanto uma gravidade específica maior que um significa que ele afundará. É esse princípio que permite, por exemplo, um balão cheio de ar quente flutuar em relação ao resto do ar.


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