En el uso diario, la palabra "densidad" generalmente se refiere al estado de densidad, como en "el tráfico es denso "o" esa persona es demasiado densa para entenderte ". La definición de densidad (D) en ciencia es mucho más específico. Es la cantidad de masa (m) que ocupa un volumen específico (v). Matemáticamente, D = m / v. La densidad se aplica a la materia en estado sólido, líquido y gaseoso y, no es de extrañar aquí, los sólidos son más densos que los líquidos (generalmente) y los líquidos son más densos que los gases.
A nivel microscópico, la densidad es una medida de qué tan cerca están los átomos que componen una sustancia en particular. Si dos objetos ocupan el mismo volumen, el más denso es más pesado porque hay más átomos empaquetados en el mismo espacio. La densidad se ve afectada por la temperatura y también por la presión ambiental, aunque estas dependencias son más pronunciadas en el estado gaseoso. Las diferencias de densidad impulsan al mundo; la vida no sería la misma sin ellos.
La densidad del aceite y el agua
El agua tiene una densidad de 1 kilogramo por metro cúbico. Si eso suena como una coincidencia, no lo es. Las unidades métricas de masa se basan en la densidad del agua. La mayoría de los aceites son menos densos que el agua y por eso flotan. Siempre que mezcle dos líquidos o gases, el más denso cae al fondo del recipiente, siempre que no se disuelva y forme una solución. La razón de esto es simple. La gravedad ejerce una fuerza más fuerte sobre un material denso. El hecho de que el aceite no se disuelva en agua y que flote hace posible la limpieza después de un gran derrame de petróleo. Los trabajadores generalmente recuperan el aceite sacándolo de la superficie del agua.
El globo de helio es una aplicación de densidad en la vida real
Infle un globo con aire de sus pulmones y el globo se sentará felizmente en una mesa o silla hasta que alguien lo arroje al aire. Incluso entonces, puede flotar en las corrientes de aire por un tiempo, pero eventualmente caerá al suelo. Sin embargo, llénelo con el mismo volumen de helio y tendrá que atarle una cuerda para evitar que flote. Eso es porque, en comparación con las moléculas de oxígeno y nitrógeno en el aire, las moléculas de helio son muy ligeras. De hecho, el helio es aproximadamente 10 veces menos denso que el aire. El globo flotaría incluso más rápido si lo llenaras con hidrógeno, que es más como 100 veces menos denso que el aire, pero el gas hidrógeno es altamente inflamable. Por eso no lo usan para llenar globos en carnavales.
Las diferencias de densidad impulsan las corrientes de aire y mar
Agregue calor al aire y las moléculas volarán con más energía, creando más espacio entre ellas. En otras palabras, el aire se vuelve menos denso, por lo que tiene tendencia a elevarse. Sin embargo, la temperatura en la troposfera se enfría con la altitud, por lo que hay más aire frío en las elevaciones más altas y tiene tendencia a descender. El movimiento constante del aire frío que cae y el aire caliente que sube crea corrientes de aire y vientos que impulsan el clima en el planeta.
Las variaciones de temperatura en los océanos también crean diferencias de densidad que impulsan las corrientes, pero las variaciones de salinidad son igualmente importantes. El agua de mar no es uniformemente salina y cuanta más sal contiene, más densa es. Las variaciones de temperatura y salinidad crean diferencias de densidad que impulsan las corrientes parásitas locales así como ríos submarinos profundos que crean hábitats para las criaturas marinas y afectan el mundo clima.
Ejemplos de densidad en el laboratorio
Los investigadores de laboratorio dependen de las diferencias de densidad para separar sustancias en estado líquido o sólido. Lo hacen con una centrífuga, que es un dispositivo que hace girar una mezcla tan rápido que crea una fuerza que es varias veces mayor que la fuerza de la gravedad. En la centrífuga, los componentes más densos de una mezcla experimentan la mayor fuerza y migran hacia el exterior del recipiente, desde donde se pueden recuperar.
La densidad también se puede utilizar para identificar materiales fabricados a partir de compuestos desconocidos. El procedimiento consiste en pesar los materiales y medir el volumen que ocupan, mediante desplazamiento de agua o algún otro método. Luego, encuentre la densidad del material, usando la ecuación D = m / v, y compárela con las densidades conocidas de compuestos comunes enumerados en las tablas de referencia.