La densità è un concetto fondamentale in fisica e ingegneria. Non solo è intimamente legato alla massa di un oggetto, ma anche la densità è fondamentale per determinare se qualcosa galleggerà quando posizionato sulla superficie di un fluido. Anche se la densità potrebbe non essere importante allo stesso modo delle forze fondamentali, è ancora una delle cose più importanti che puoi conoscere su una sostanza.

TL; DR (Troppo lungo, Non letto)

La densità è definita come ρ = m ÷ V, dove ρ è la densità, m è la massa e V è il volume. La densità è importante quando si lavora se qualcosa galleggia nell'acqua, e può anche essere utile per calcolare la massa di un volume specifico di una sostanza.

Che cos'è la densità?

La densità è la densità massa di una sostanza per unità di volume. Sotto forma di equazione, questo significa:

ρ = m ÷ V

La lettera greca rho, ρ, è tradizionalmente usata per rappresentare la densità; m è la massa; e V è il volume. Le unità di densità sono kg per metro cubo, o qualcosa di equivalente in altre unità come libbre per piede cubo.

L'acqua è un buon esempio di densità perché alla temperatura di tutti i giorni, la sua densità è vicina a 1.000 kg /metro cubo o 1 g /centimetro cubo. L'acciaio inossidabile, d'altra parte, ha una densità di 8.000 kg /metro cubo. Questo si adatta all'esperienza quotidiana, perché un blocco di acciaio inossidabile è più pesante di un blocco d'acqua di uguali dimensioni.

È possibile modificare la densità di qualcosa comprimendola in volume (cioè riducendo il volume) o aumentando la quantità di massa all'interno dello stesso volume.

Densità in generale

Sebbene la densità di solito si riferisca alla massa per unità di volume, in alcune situazioni il termine può essere utilizzato in modo diverso. Ad esempio, la "densità numero" di oggetti è il numero di qualunque cosa si sta contando all'interno di un'unità di volume. La densità di carica è la quantità di carica elettrica per unità di volume. La densità di popolazione viene anche utilizzata come misura del numero di persone per unità di area o volume. In generale, densità significa la quantità di qualcosa all'interno di una certa quantità di spazio.

L'importanza della densità: galleggiabilità

La densità ha un'importanza evidente quando si tratta della galleggiabilità degli oggetti. In generale, se qualcosa è più denso dell'acqua (con una densità superiore a 1.000 kg /metro cubo) affonderà, ma se qualcosa ha una densità inferiore all'acqua, galleggerà.

Più tecnicamente, qualcosa inizierà galleggia quando il peso dell'acqua che sposta (a causa della superficie che entra in contatto con l'acqua e di quanto spinge l'acqua verso il basso) corrisponde al peso dell'oggetto, ma se questo non accade mai, affonderà. Se l'oggetto è più denso dell'acqua (ad esempio un blocco di acciaio), il peso dell'acqua che sposta non può mai corrispondere al peso dell'oggetto, quindi continuerà ad affondare.

L'alluminio è un bene esempio. È più denso dell'acqua, ma un foglio di alluminio allungato galleggerà sull'acqua a causa della grande superficie che entra in contatto con l'acqua. Tuttavia, se arrotoli la stessa quantità di lamina su una palla, la superficie a contatto con l'acqua diventa molto più piccola e la massa è concentrata sopra di essa, quindi la maggiore densità di alluminio vince e la lamina si affloscia. Questo è il motivo per cui le barche fatte di materiali più densi rispetto all'acqua galleggiano, anche se un singolo blocco del materiale affonderà: l'intera struttura ha una densità inferiore rispetto al blocco perché contiene molta aria o materiale meno denso.

La differenza di densità è anche il motivo per cui l'olio galleggia sulla superficie dell'acqua. La densità degli oli varia da circa 0,91 a 0,93 g per centimetro cubo, appena inferiore alla densità dell'acqua. È possibile eseguire molti esperimenti su questa base semplice, mostrando che liquidi più densi affondano sul fondo di un contenitore d'acqua mentre i liquidi meno densi galleggiano.

L'importanza della densità: calcolo della massa

Poiché la densità e la massa sono strettamente correlate, è possibile calcolare facilmente la massa di una certa quantità di una sostanza a condizione che si conosca la sua densità e il volume della sostanza. Questo può essere utile in ingegneria e altre applicazioni. Usa la formula semplice:

m = ρ × V

Per calcolare la massa della sostanza. Ad esempio, utilizzando la densità dell'acciaio citata in precedenza, 0,5 metri cubi di acciaio hanno una massa di:

m = ρ × V = 8.000 kg /metro cubo × 0,5 metri cubi = 4.000 kg

Questo è utile in molte situazioni diverse. Ad esempio, se sai quanto spazio c'è in un furgone e quale sia il carico massimo che il furgone può trasportare, puoi capire se riempirlo con un materiale specifico sarà sicuro. Si potrebbe anche usare la versione ρ = m ÷ V dell'equazione per calcolare quale sia il materiale più denso che si possa trasportare in sicurezza.