Uno dei termini fondamentali usati in molte scienze naturali è densità, una proprietà fisica definita come la massa di un oggetto divisa per il suo volume. Ciò significa che per misurare la densità, in genere è necessario misurare separatamente la massa e il volume di un oggetto, quindi calcolarne la densità dividendo la massa per il volume. Per misurare massa e volume, è necessario l'uso di diversi strumenti di laboratorio di base.
Scala
La massa è una delle misurazioni più facilmente ottenibili. Usa una bilancia o una bilancia elettronica per determinare il peso o la massa dell'oggetto. Questa misura è solitamente rappresentata in once o grammi rispettivamente per i sistemi inglese e metrico. Quando si misura la massa di un liquido, pesare prima il contenitore e poi tarare la bilancia prima di aggiungere il liquido.
Cilindro graduato
Il modo più accurato per determinare il volume di un oggetto, specialmente nel caso di un oggetto di forma irregolare, è immergerlo in acqua e misurare la quantità di acqua che sposta. Un cilindro graduato abbastanza grande da contenere sia l'oggetto che abbastanza acqua per immergerlo completamente è lo strumento migliore per questo lavoro. Un cilindro graduato può anche dirti il volume di un liquido semplicemente versandolo in un cilindro vuoto. Non utilizzare un bicchiere per determinare il volume, poiché la scala stampata sul lato di un bicchiere potrebbe essere meno precisa di quella su un cilindro graduato, progettato appositamente per la misurazione.
Calcolo della densità
Una volta che hai misurato la massa e il volume di un oggetto, trovi la densità con un semplice calcolo. Dividi la massa per il volume per ottenere la densità. Ad esempio, misuri una quantità di acqua pura in un cilindro graduato e vedi che arriva a 11,5 ml. Metti un piatto di plastica su una bilancia e scopri che la sua massa è di 3,2 grammi. Quando aggiungi l'acqua, il totale arriva a 14,7 grammi. Sottrai la massa del piatto dal totale per ottenere la sola massa dell'acqua:
14,7 - 3,2 = 11,5 \text{ grammi}
Dividi 11,5 grammi per 11,5 ml per ottenere la densità, 1,0 grammi per ml.
Idrometro
La densità è difficile da misurare direttamente e accuratamente, poiché dipende da due proprietà separate, massa e volume. Tuttavia, la densità entra in gioco con i fluidi e il galleggiamento, poiché un oggetto più denso affonderà sempre in un fluido meno denso e galleggerà su un fluido di maggiore densità. Un idrometro è un dispositivo speciale utilizzato per determinare la densità dei liquidi. Piuttosto che misurare il volume in un cilindro graduato e poi dover pesare il liquido per determinarne la massa (e, of naturalmente, sottraendo il peso del suo contenitore), un densimetro galleggerà ad un livello diverso all'interno di un liquido in base alla sua densità. Densimetri diversi utilizzano scale diverse per misurare la densità, quindi segui tutte le istruzioni e misura attentamente.
Il valore della densità
Ora che hai determinato la densità, cosa puoi farci? È una proprietà intrinseca di una sostanza, nel senso che qualsiasi quantità di piombo puro ha la stessa densità, che tu abbia una tonnellata o poche particelle; lo stesso vale per qualsiasi sostanza pura. Molte sostanze hanno un valore di densità noto e pubblicato che può fungere da "impronta digitale", consentendo di identificare una sostanza sconosciuta trovandone la densità. Ti dirà anche se un oggetto è fatto di una sostanza pura o se è una miscela. Una famosa storia attribuisce il merito al filosofo greco Archimede, che scoprì che la corona di un re non era oro puro; calcolò la densità della corona e trovò che era inferiore a quella dell'oro.