Como calcular a densidade por deslocamento de água

Arquimedes originou o método de encontrar densidade usando o deslocamento de água. Uma história de sua descoberta envolve a coroa de ouro do rei, um joalheiro possivelmente ladrão e uma banheira. Verdadeira ou não, a história sobrevive em uma versão ou outra por causa da importância da descoberta de Arquimedes, e não porque o joalheiro realmente tentou enganar o rei.

TL; DR (muito longo; Não li)

O cálculo da densidade usa a fórmula D = m ÷ v, onde D significa densidade, m significa massa ev significa volume. Encontre a massa usando uma escala de equilíbrio e use o deslocamento da água para encontrar o volume de objetos irregulares. O deslocamento de água funciona porque a quantidade de água deslocada por um objeto submerso na água é igual ao volume do objeto. Se um objeto submerso em um cilindro graduado aumenta o nível da água de 40 mililitros para 90 mililitros, a variação de volume de 50 mililitros é igual ao volume do objeto em centímetros cúbicos.

Toda matéria tem massa e ocupa espaço. A densidade, um valor calculado, mede a quantidade de matéria em um espaço. Para calcular a densidade de um material, encontre a massa e o volume do objeto. Calcule a densidade do objeto usando a fórmula densidade igual à massa dividida pelo volume:

Encontrar a massa requer o uso de uma escala de equilíbrio. A maioria das escalas de massa equilibra o objeto desconhecido contra uma massa conhecida. Os exemplos incluem balanços de feixe triplo e balanços verdadeiros, como a escala clássica vista em um escritório de ensaio. Balanças eletrônicas também podem ser configuradas como escalas de massa. Balanças de banheiro, além de não terem o grau de precisão exigido, medem o peso, não a massa. A massa mede a quantidade de matéria em um objeto, enquanto o peso mede a atração da gravidade sobre a massa de um objeto.

Encontrar o volume de objetos geométricos regulares usa fórmulas padrão. O volume de uma caixa é igual ao comprimento vezes largura vezes altura, por exemplo. Nem todo objeto, entretanto, se encaixa em uma fórmula. Para esses objetos de formato irregular, use o método de deslocamento de água para encontrar o volume do objeto.

O deslocamento de água usa uma propriedade particular da água: 1 mililitro (abreviado ml) de água ocupa 1 centímetro cúbico (cm³) de espaço, ou volume, quando a água está em temperatura (0 ° C) e pressão (1 atmosfera) padrão. Um objeto completamente submerso na água desloca ou compensa um volume de água igual ao volume do objeto. Então, se um objeto desloca 62 ml de água, o volume do objeto é igual a 62 cm³.

Os métodos para usar o deslocamento da água para encontrar o volume requerem submergir o objeto em um volume conhecido de água e medir a mudança no nível da água. Se o objeto se encaixa em um cilindro graduado ou copo medidor, você pode ler a medição diretamente. Se o nível de água começa em 40 ml e muda para 90 ml após submergir o objeto, o volume do objeto é igual ao volume de água final (90 ml) menos o volume de água inicial (40 ml), ou 50 ml.

Se o objeto não couber em um cilindro graduado ou copo medidor, você pode medir o volume de água deslocada de diferentes maneiras. Um método requer colocar uma tigela em uma bandeja ou tigela maior. A tigela interna deve ser grande o suficiente para submergir completamente o objeto. Encha a tigela interna completamente cheia de água. Com cuidado, sem criar ondas ou respingar, deslize o objeto na tigela, deixando a água deslocada derramar na tigela ou bandeja maior. Remova a tigela interna com muito cuidado para não derramar água extra. Em seguida, meça o volume de água na tigela maior. Esse volume é igual ao volume do objeto.

Um segundo método, talvez mais prático, também usa uma tigela. A tigela deve ser grande o suficiente para submergir completamente o objeto sem transbordar. Comece enchendo a tigela com água suficiente para cobrir completamente o objeto. Antes de adicionar o objeto, marque a linha de água na tigela. Como o cilindro graduado, marca o volume inicial de água. Em seguida, adicione o objeto, certificando-se de que ele esteja completamente coberto pela água. Marque esta linha de água na tigela. Agora, remova cuidadosamente o objeto da água.

Neste ponto, a mudança no volume de água precisa ser determinada. Um método mede a quantidade de água necessária para elevar o nível da água da linha de volume inicial à linha de volume final. Este volume é igual ao volume do objeto. Um segundo método mede a quantidade de água usada para encher a tigela até a primeira linha e, em seguida, mede a quantidade de água necessária para encher a tigela até a segunda linha. Usando a fórmula volume final menos o volume inicial (v_f - v_eu) produz o volume do objeto. Se o volume inicial de água é igual a 900 ml de água e o volume final de água é igual a 1.250 ml, o volume do objeto é 1250 - 900 = 350 ml, o que significa que o volume do objeto é igual a 350 cm³.

Depois de medir a massa e o volume de um objeto, encontrar a densidade requer colocar as medições na fórmula da densidade. Por exemplo, se a massa medida for igual a 875 ge o volume medido for igual a 350 cm³, então a fórmula de densidade se torna:

2,50 gramas por centímetro cúbico, geralmente escrito como 2,50 g / cm³.