Come calcolare la densità in base allo spostamento dell'acqua

Archimede ha originato il metodo per trovare la densità utilizzando lo spostamento dell'acqua. Una storia della sua scoperta riguarda la corona d'oro del re, un gioielliere forse rubato e una vasca da bagno. Vero o no, la storia sopravvive in una versione o nell'altra a causa dell'importanza della scoperta di Archimede piuttosto che del fatto che il gioielliere abbia davvero cercato di ingannare il re.

TL; DR (troppo lungo; non ho letto)

Il calcolo della densità utilizza la formula D = m ÷ v, dove D significa densità, m significa massa e v significa volume. Trova la massa usando una bilancia e usa lo spostamento dell'acqua per trovare il volume di oggetti irregolari. Lo spostamento dell'acqua funziona perché la quantità di acqua spostata da un oggetto immerso nell'acqua è uguale al volume dell'oggetto. Se un oggetto immerso in un cilindro graduato aumenta il livello dell'acqua da 40 millilitri a 90 millilitri, la variazione di volume di 50 millilitri equivale al volume dell'oggetto in centimetri cubi.

Tutta la materia ha massa e occupa spazio. La densità, un valore calcolato, misura la quantità di materia in uno spazio. Per calcolare la densità di un materiale, trova la massa e il volume dell'oggetto. Calcola la densità dell'oggetto usando la formula densità uguale a massa divisa per volume:

Trovare la massa richiede l'uso di una bilancia. La maggior parte delle bilance bilancia l'oggetto sconosciuto rispetto a una massa nota. Gli esempi includono bilance a triplo raggio e bilance vere, come la classica bilancia vista in un ufficio di analisi. Le bilance elettroniche possono essere configurate anche come bilance di massa. Le bilance da bagno, oltre a non avere il grado di precisione richiesto, misurano il peso, non la massa. La massa misura la quantità di materia in un oggetto mentre il peso misura l'attrazione di gravità sulla massa di un oggetto.

Trovare il volume di oggetti geometrici regolari utilizza formule standard. Ad esempio, il volume di una scatola è uguale a lunghezza per larghezza per altezza. Non tutti gli oggetti, tuttavia, si adattano a una formula. Per questi oggetti di forma irregolare, usa il metodo di spostamento dell'acqua per trovare il volume dell'oggetto.

Lo spostamento dell'acqua utilizza una particolare proprietà dell'acqua: 1 millilitro (ml abbreviato) di acqua occupa 1 centimetro cubo (cm³) di spazio, o volume, quando l'acqua è a temperatura (0°C) e pressione (1 atmosfera) standard. Un oggetto completamente immerso nell'acqua sposta o compensa un volume d'acqua pari al volume dell'oggetto. Quindi, se un oggetto sposta 62 ml di acqua, il volume dell'oggetto è pari a 62 cm³.

I metodi per utilizzare lo spostamento dell'acqua per trovare il volume richiedono l'immersione dell'oggetto in un volume d'acqua noto e la misurazione della variazione del livello dell'acqua. Se l'oggetto entra in un cilindro graduato o in un misurino, puoi leggere direttamente la misurazione. Se il livello dell'acqua inizia a 40 ml e cambia a 90 ml dopo aver immerso l'oggetto, il volume dell'oggetto è uguale al volume d'acqua finale (90 ml) meno il volume d'acqua iniziale (40 ml) o 50 ml.

Se l'oggetto non entra in un cilindro graduato o in un misurino, puoi misurare il volume dell'acqua spostata in diversi modi. Un metodo richiede di posizionare una ciotola in un vassoio o in una ciotola più grande. La ciotola interna deve essere abbastanza grande da sommergere completamente l'oggetto. Riempi completamente d'acqua la ciotola interna. Con attenzione, senza creare onde o schizzi, far scivolare l'oggetto nella ciotola, lasciando che l'acqua spostata si riversi nella ciotola o nel vassoio più grande. Rimuovere la ciotola interna con molta attenzione in modo che non fuoriesca acqua in eccesso. Quindi misurare il volume d'acqua nella ciotola più grande. Quel volume è uguale al volume dell'oggetto.

Un secondo metodo, forse più pratico, utilizza anche una ciotola. La ciotola deve essere abbastanza grande da sommergere completamente l'oggetto senza traboccare. Inizia riempiendo la ciotola con acqua sufficiente a coprire completamente l'oggetto. Prima di aggiungere l'oggetto, segnare la linea di galleggiamento nella ciotola. Come il cilindro graduato, questo segna il volume iniziale dell'acqua. Quindi, aggiungi l'oggetto, assicurandoti che sia completamente coperto dall'acqua. Segna questa linea di galleggiamento sulla ciotola. Ora, rimuovi con cura l'oggetto dall'acqua.

A questo punto è necessario determinare la variazione del volume dell'acqua. Un metodo misura la quantità di acqua necessaria per aumentare il livello dell'acqua dalla linea del volume iniziale alla linea del volume finale. Questo volume è uguale al volume dell'oggetto. Un secondo metodo misura la quantità di acqua utilizzata per riempire la ciotola fino alla prima linea, quindi misura la quantità di acqua necessaria per riempire la ciotola fino alla seconda linea. Utilizzando la formula volume finale meno volume iniziale (v_f – v_io) restituisce il volume dell'oggetto. Se il volume d'acqua iniziale è pari a 900 ml di acqua e il volume d'acqua finale è pari a 1.250 ml, il volume dell'oggetto è 1250 – 900 = 350 ml, ovvero il volume dell'oggetto è pari a 350 cm³.

Dopo aver misurato la massa e il volume di un oggetto, trovare la densità richiede di inserire le misurazioni nella formula della densità. Ad esempio, se la massa misurata è pari a 875 g e il volume misurato è pari a 350 cm³, allora la formula della densità diventa:

2,50 grammi per centimetro cubo, solitamente scritto come 2,50 g/cm³.