In che modo densità, massa e volume sono correlati?

​Densitàdescrive il rapporto tra massa e volume di un oggetto o di una sostanza.Massamisura la resistenza di un materiale ad accelerare quando una forza agisce su di esso. Secondo la seconda legge del moto di Newton (F = ma), la forza risultante che agisce su un oggetto è uguale al prodotto della sua massa per l'accelerazione.

Questa definizione formale di massa consente di inserirla in altri contesti come il calcolo dell'energia, della quantità di moto, della forza centripeta e della forza gravitazionale. Poiché la gravità è quasi la stessa sulla superficie terrestre, il peso diventa un buon indicatore di massa. Aumentando e diminuendo la quantità di materiale misurato aumenta e diminuisce la massa della sostanza.

• La densità di un oggetto è il rapporto tra massa e volume di un oggetto. La massa è quanto resiste all'accelerazione quando gli viene applicata una forza e generalmente significa quanto di un oggetto o di una sostanza c'è. Il volume descrive quanto spazio occupa un oggetto. Queste quantità possono essere utilizzate per determinare la pressione, la temperatura e altre caratteristiche di gas, solidi e liquidi.

Esiste una chiara relazione tra massa, densità e volume. A differenza della massa e del volume, l'aumento della quantità di materiale misurato non aumenta né diminuisce la densità. In altre parole, aumentando la quantità di acqua dolce da 10 grammi a 100 grammi cambierà anche il volume da 10 millilitri a 100 millilitri ma la densità rimane 1 grammo per millilitro (100 g ÷ 100 ml = 1 g/ml).

Questo rende la densità una proprietà utile per identificare molte sostanze. Tuttavia, poiché il volume varia al variare della temperatura e della pressione, anche la densità può variare con la temperatura e la pressione.

Per una data massa evolume,quanto spazio fisico occupa un materiale, di un oggetto o di una sostanza, la densità rimane costante a una data temperatura e pressione. L'equazione per questa relazione è

in qualeρ(rho) è la densità,mè massa eVè il volume, rendendo l'unità di densità kg/m³. Il reciproco della densità (1/ρ) è noto comevolume specifico, misurato in m³ /kg.

Il volume descrive quanto spazio occupa una sostanza ed è espresso in litri (SI) o galloni (inglese). Il volume di una sostanza è determinato da quanto materiale è presente e da quanto strettamente le particelle del materiale sono imballate insieme.

Di conseguenza, la temperatura e la pressione possono influenzare notevolmente il volume di una sostanza, in particolare i gas. Come per la massa, aumentando e diminuendo la quantità di materiale aumenta e diminuisce anche il volume della sostanza.

Per i gas, il volume è sempre uguale al contenitore in cui si trova il gas. Ciò significa che, per i gas, è possibile mettere in relazione il volume con la temperatura, la pressione e la densità utilizzando la legge dei gas ideali

in qualePè la pressione in atm (unità atmosferiche),Vè il volume in m³ (metri cubi),nè il numero di moli del gas,Rè la costante universale dei gas (R= 8,314 J/(mol x K)) eTè la temperatura del gas in Kelvin.

•••Syed Hussain Ather

Altre tre leggi descrivono le relazioni tra volume, pressione e temperatura mentre cambiano quando tutte le altre quantità sono mantenute costanti. Le equazioni sono note rispettivamente come legge di Boyle, legge di Gay-Lussac e legge di Charles.

In ogni legge, le variabili di sinistra descrivono volume, pressione e temperatura in un momento iniziale mentre le variabili di destra le descrivono in un altro momento successivo. La temperatura è costante per la legge di Boyle, il volume è costante per la legge di Gay-Lussac e la pressione è costante per la legge di Charles.

Queste tre leggi seguono gli stessi principi della legge dei gas ideali, ma descrivono i cambiamenti nei contesti di temperatura, pressione o volume mantenuti costanti.

Sebbene le persone generalmente usino massa per riferirsi a quanto di una sostanza è presente o quanto è pesante una sostanza, i vari modi le persone si riferiscono a masse di diversi fenomeni scientifici significa che la massa ha bisogno di una definizione più unificata che comprenda tutti i suoi usi.

Gli scienziati in genere parlano di particelle subatomiche, come elettroni, bosoni o fotoni, come aventi una massa molto piccola. Ma le masse di queste particelle sono in realtà solo energia. Mentre la massa di protoni e neutroni è immagazzinata nei gluoni (il materiale che tiene insieme protoni e neutroni), il la massa di un elettrone è molto più trascurabile dato che gli elettroni sono circa 2000 volte più leggeri dei protoni e dei neutroni.

I gluoni rappresentano la forza nucleare forte, una delle quattro forze fondamentali dell'universo insieme forza elettromagnetica, forza gravitazionale e forza nucleare debole, nel tenere legati neutroni e protoni insieme.

Sebbene la dimensione dell'intero universo non sia esattamente nota, l'universo osservabile, la materia nell'universo che gli scienziati hanno studiato, ha una massa di circa 2 x 10⁵⁵ g, circa 25 miliardi di galassie delle dimensioni della Via Lattea. Questo abbraccia 14 miliardi di anni luce inclusa la materia oscura, materia di cui gli scienziati non sono completamente sicuri di cosa sia fatta e materia luminosa, che spiega le stelle e le galassie. La densità dell'universo è di circa 3 x 10^-30 g/cm³.

Gli scienziati ottengono queste stime osservando i cambiamenti nel fondo cosmico a microonde (artefatti della radiazione elettromagnetica da stadi primitivi dell'universo), superammassi (ammassi di galassie) e nucleosintesi del Big Bang (produzione di nuclei non idrogeno durante le prime fasi del universo).

Gli scienziati studiano queste caratteristiche dell'universo per determinare il suo destino, se continuerà ad espandersi o ad un certo punto collasserà da solo. Mentre l'universo continua ad espandersi, gli scienziati pensavano che le forze gravitazionali fornissero agli oggetti una forza attrattiva tra loro per rallentare l'espansione.

Ma nel 1998, le osservazioni del telescopio spaziale Hubble di supernove lontane hanno mostrato che l'universo era l'espansione dell'universo è aumentata nel tempo. Sebbene gli scienziati non avessero capito esattamente cosa stesse causando l'accelerazione, questa espansione l'accelerazione ha portato gli scienziati a teorizzare che l'energia oscura, il nome di questo fenomeno sconosciuto, sarebbe conto di questo.

Rimangono molti misteri sulla massa nell'universo e rappresentano la maggior parte della massa dell'universo. Circa il 70% dell'energia di massa nell'universo proviene dall'energia oscura e circa il 25% dalla materia oscura. Solo il 5% circa proviene dalla materia ordinaria. Queste immagini dettagliate di vari tipi di masse nell'universo mostrano come la massa possa variare in diversi contesti scientifici.

La forza gravitazionale di un oggetto in acqua e laforza di galleggiamentoche lo mantiene verso l'alto determina se un oggetto galleggia o affonda. Se la forza di galleggiamento o la densità dell'oggetto è maggiore di quella del liquido, galleggia e, in caso contrario, affonda.

La densità dell'acciaio è molto più alta della densità dell'acqua ma opportunamente sagomata, la densità può essere ridotta con intercapedini d'aria, creando navi d'acciaio. La densità dell'acqua maggiore della densità del ghiaccio spiega anche perché il ghiaccio galleggia nell'acqua.

​Peso specificoè la densità di una sostanza divisa per la densità della sostanza di riferimento. Questo riferimento è aria senz'acqua per i gas o acqua dolce per liquidi e solidi.