A densidade é um conceito fundamental em física e engenharia. Não apenas está intimamente ligado à massa de um objeto, mas a densidade também é central para determinar se algo flutuará quando colocado na superfície de um fluido. Embora a densidade possa não ser importante da mesma forma que as forças fundamentais, ela ainda é uma das coisas mais importantes que você pode saber sobre uma substância.
TL; DR (Demasiado longo; não leu)
A densidade é definida como ρ = m ÷ V, onde ρ é densidade, m é massa e V é volume. A densidade é importante quando se trabalha se algo flutua na água, e também pode ser útil para calcular a massa de um volume específico de uma substância.
O que é densidade?
A densidade é a massa de uma substância por unidade de volume. Na forma de uma equação, isso significa:
A letra grega rho, ρ, é tradicionalmente usada para representar a densidade; m é a massa; e V é o volume. As unidades de densidade são kg por metro cúbico, ou algo equivalente a isso em outras unidades, como libras por pé cúbico.
A água é um bom exemplo de densidade, porque a temperatura diária, sua densidade é de cerca de 1.000 kg /metro cúbico ou 1 g /centímetro cúbico. O aço inoxidável, por outro lado, tem uma densidade de 8.000 kg /metro cúbico. Isso se encaixa com a experiência cotidiana, porque um bloco de aço inoxidável é mais pesado do que um bloco de água de tamanho igual.
Você pode alterar a densidade de algo comprimindo-o em volume (isto é, reduzindo o volume) ou aumentando a quantidade de massa dentro do mesmo volume.
Densidade em Geral
Embora a densidade geralmente se refira à massa por unidade de volume, em algumas situações o termo pode ser usado de forma diferente. Por exemplo, a "densidade do número" de objetos é o número de tudo o que você está contando dentro de uma unidade de volume. A densidade de carga é a quantidade de carga elétrica por unidade de volume. A densidade populacional também é usada como uma medida do número de pessoas por unidade de área ou volume. Em geral, densidade significa a quantidade de algo dentro de uma certa quantidade de espaço.
A Importância da Densidade: Flutuabilidade
A densidade tem uma importância óbvia quando se trata da flutuabilidade dos objetos. Em termos gerais, se algo é mais denso que a água (com uma densidade superior a 1.000 kg /metro cúbico), afundará, mas se algo tiver uma densidade menor que a água, flutuará.
Mais tecnicamente, algo começará a flutuar quando o peso da água que desloca (devido à área de superfície que entra em contato com a água e até onde ela empurra a água para baixo) coincide com o peso do objeto, mas se isso nunca acontecer, ele afundará. Se o objeto for mais denso que a água (por exemplo, um bloco de aço), o peso da água que ele desloca nunca poderá ser igual ao peso do objeto, por isso continuará a afundar.
O alumínio é um bom exemplo. É mais denso que a água, mas um pedaço de folha de alumínio esticado flutuará na água devido à grande área de superfície que entra em contato com a água. No entanto, se você enrolar a mesma quantidade de folha em uma bola, a área de superfície em contato com a água se torna muito menor e a massa é concentrada acima dela, então a maior densidade de alumínio vence e a folha irá afundar. É por isso que barcos feitos de materiais mais densos do que a água flutuarão, mesmo que um único bloco do material afunde: Toda a estrutura tem uma densidade menor do que o bloco porque contém muito ar ou menos material denso também.
A diferença na densidade é também a razão pela qual o óleo flutua na superfície da água. A densidade de óleos varia de cerca de 0,91 a 0,93 g por centímetro cúbico, pouco menos que a densidade da água. Você pode realizar muitas experiências nessa base simples, mostrando que líquidos mais densos afundarão no fundo de um recipiente com água, enquanto líquidos menos densos flutuarão.
A Importância da Densidade: Calculando a Massa
Como a densidade e a massa estão tão intimamente relacionadas, você pode calcular a massa de uma certa quantidade de uma substância facilmente desde que conheça sua densidade e o volume da substância. Isso pode ser útil em engenharia e outras aplicações. Use a fórmula simples:
m = ρ × V
Para calcular a massa da substância. Por exemplo, usando a densidade do aço citada anteriormente, 0,5 metro cúbico de aço tem uma massa de:
m = ρ × V = 8.000 kg /metro cúbico × 0.5 metros cúbicos = 4.000 kg e
Isso é útil em muitas situações diferentes. Por exemplo, se você sabe quanto espaço existe em uma van e qual a carga máxima segura que a van pode carregar, você pode descobrir se o preenchimento com um material específico será seguro. Você também pode usar a versão ρ = m ÷ V da equação para descobrir qual é o material mais denso que você pode transportar com segurança.
