La densità (D) è una quantità definita come massa (m) per unità di volume (v): D = m ÷ v. Poiché queste tre quantità sono correlate, puoi trovarne una se conosci le altre due. Questo è più utile di quanto sembri perché la densità è spesso una quantità nota che puoi cercare, supponendo che tu conosca la composizione del materiale.
I calcoli sono semplici per gli oggetti solidi, ma le cose si complicano per i liquidi, dove la densità cambia con la temperatura, e per i gas, per i quali la densità dipende dalla temperatura e pressione.
Usa unità coerenti
L'equazione relativa a densità, massa e volume è semplice e consente di calcolare la densità di un materiale misurandone massa e volume. L'unico avvertimento è che devi effettuare le misurazioni nello stesso sistema.
Ad esempio, se misuri la massa in chilogrammi, dovresti misurare il volume in metri cubi e se misuri il volume in quarti, dovresti misurare la massa in libbre. I tre sistemi che probabilmente utilizzerai sono CGS (centimetri, grammi, secondi), MKS (metri, chilogrammi, secondi) e British Imperial. Le unità di densità più utilizzate in questi tre sistemi sono:
- CGS: grammi/centimetro cubo o grammi/millilitro
- MKS: chilogrammi/metro cubo
- Inglese: libbre/piede cubo
Utilizzo del calcolatore di densità, massa e volume
Esempio: Supponiamo di avere un bicchiere pieno di una misteriosa soluzione acquosa. Calcolarne la densità e confrontarla con quella dell'acqua pura può aiutare a determinarne la composizione.
Calcoli il volume della soluzione misurando le dimensioni del becher e il livello del liquido e trovi che è 355 ml. Poiché un millilitro è un centimetro cubo, dovresti trovare la massa in grammi. Scoprirai che sono 372 g.
La densità è quindi 372 gm ÷ 355 ml = 1,05 gm/ml. È solo un po' più denso dell'acqua pura (1 gm/ml), quindi tutto ciò che è disciolto nell'acqua è a bassa concentrazione.
Esempio: Trovi una grande roccia dalla forma approssimativamente sferica e vuoi conoscerne la composizione. Trovare la sua densità può aiutarti a determinarlo.
Calcola il volume della roccia misurandone il diametro e dividendo per 2 per trovare il suo raggio (r).
Il volume di una sfera è 4/3πr3, quindi se la roccia ha un raggio di 10 pollici, il suo volume è 418,67 pollici cubi.
Converti in piedi cubi moltiplicando per 0,00057. Il risultato è 0,239 piedi cubi.
Se la roccia pesa 40 libbre, la sua densità è di 40 libbre/0.239 piedi3 = 167. 36 libbre/piedi3. Questo è molto vicino alla densità del granito, quindi ci sono buone probabilità che la roccia sia granito solido.
Utilizzo delle tabelle di densità
Se hai un oggetto fatto di un materiale noto, puoi cercarne la densità in una tabella. Questa informazione consente di calcolarne il volume pesandolo. Se conosci già il suo volume, puoi calcolarne la massa. L'uso del calcolatore di densità, massa e volume richiede solo di riorganizzare l'equazione della densità per esprimere il parametro desiderato in termini degli altri due.
Esempio: Supponi di avere una statua d'oro e di volerne trovare il volume.
D = m ÷ v, quindi v = m ÷ D
Trovi che la statua pesa 2 kg. In una tabella troverai che la densità dell'oro è di circa 19.300 kg/m3.
Inserendo i numeri, trovi che il volume è 2 kg ÷ 19.300 kg/m3 = 0,0001 m3 o circa un decimo di litro.
Esempio: Quanto pesa un millilitro di mercurio?
D = m ÷ v, quindi m = Dv
La densità del mercurio è 13,6 g/ml, quindi un volume di 1 ml ha una massa di 13,6 grammi.
