Consideremos en el artículo cómo encontrar la densidad y qué es. En el diseño de muchas estructuras y vehículos se tienen en cuenta una serie de características físicas que debe tener un determinado material. Uno de ellos es la densidad.
Masa y volumen
Descifrar el significado de dos cantidades físicas que están directamente relacionadas con él: masa y volumen. Antes de responder a la pregunta de cómo encontrar la densidad.
La masa es una característica que describe las propiedades de inercia de los cuerpos y su capacidad para mostrar atracción gravitacional entre sí. La masa se mide en kilogramos en el sistema SI.
Isaac Newton introdujo por primera vez en la física los conceptos de masas inerciales y gravitatorias al formular las leyes de la mecánica y la gravitación universal.
El volumen es una característica exclusivamente geométrica del cuerpo, que refleja cuantitativamente la parte del espacio que ocupa. El volumen se mide en unidades cúbicas de longitud, por ejemplo, en el SI son metros cúbicos.
Para cuerpos de forma conocida(paralelepípedo, bola, pirámide) este valor se puede determinar mediante fórmulas especiales, para objetos de forma geométrica irregular, el volumen se determina sumergiéndolos en un líquido.
Densidad de cantidad física
Ahora puedes ir directamente a la respuesta a la pregunta de cómo encontrar la densidad. Esta característica está determinada por la relación entre la masa corporal y el volumen que ocupa, que se escribe matemáticamente de la siguiente manera:
ρ=m/V.
Esta igualdad muestra las unidades de ρ (kg/m3). Por lo tanto, la densidad, la masa y el volumen están relacionados por una sola igualdad, y el valor de ρ para cualquier material muestra la concentración de volumen de su masa.
Démosle un ejemplo simple: si tomas bolas de plástico y de hierro del mismo tamaño en tu mano, entonces la segunda tendrá mucho más peso que la primera. Este hecho se debe a la alta densidad del hierro en comparación con la del plástico.
Una de las principales manifestaciones de la relación de densidades en la naturaleza será la flotabilidad de los cuerpos. Si el cuerpo tiene una densidad más baja que el líquido, nunca se hundirá en él.
Densidad de los materiales
Cuando se habla de la densidad de ciertos materiales, se refieren a sólidos. Los gases y los líquidos también tienen cierta densidad, pero no hablaremos de ellos aquí.
Los materiales sólidos pueden ser cristalinos o amorfos. El valor de ρ depende de la estructura, las distancias interatómicas y las masas atómicas y moleculares de los materiales. Por ejemplo, todos los metales son cristales, y el vidrio o la madera tienenestructura amorfa. A continuación se muestra una tabla de la densidad de los diferentes tipos de madera.
Tenga en cuenta que en este caso se da la densidad media. En la vida real, cada árbol tiene características únicas, que incluyen huecos, poros y la presencia de un cierto porcentaje de humedad en la madera.
Abajo hay otra tabla. En él, en g/cm3se dan las densidades de todos los elementos químicos puros que están a temperatura ambiente.
Se puede ver en la tabla que todos los elementos tienen una densidad mayor que la del agua. La excepción son solo tres metales: litio, potasio y sodio, que no se hunden, sino que flotan en la superficie del agua.
¿Cómo se mide experimentalmente la densidad?
De hecho, existen dos técnicas para determinar la característica en estudio. La primera es pesar directamente el cuerpo y medir sus dimensiones lineales.
Si la forma geométrica del cuerpo es compleja, entonces se utiliza el llamado método hidrostático.
Su esencia es la siguiente: primero pesar el cuerpo en el aire. Supongamos que el peso resultante fue P1. Después de eso, el cuerpo se pesa en un líquido con una densidad conocida ρl. Sea el peso del cuerpo en el líquido P2. Entonces el valor de la densidad ρ del material en estudio será:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Esta fórmula la puede obtener cada estudiante por su cuenta si considera la ley de Arquímedespara el caso descrito.
Históricamente, se cree que por primera vez el filósofo griego Arquímedes utilizó el pesaje hidrostático para determinar la corona de oro falso. Las primeras balanzas hidrostáticas fueron inventadas por Galileo Galilei a finales del siglo XVI. Actualmente, los picnómetros electrónicos y los densímetros se utilizan ampliamente para determinar experimentalmente el valor de ρ en líquidos, sólidos y gases.
Definición teórica de densidad
La cuestión de cómo encontrar la densidad experimentalmente se discutió anteriormente. Sin embargo, este ρ de un material desconocido se puede encontrar teóricamente. Para ello, es necesario conocer el tipo de red cristalina, los parámetros de esta red, así como la masa de los átomos que la forman. Dado que cualquier red cristalina elemental tiene una determinada forma geométrica, es fácil encontrar una fórmula para determinar su volumen.
Si un material cristalino consta de varios elementos químicos, como aleaciones metálicas, su densidad media se puede determinar mediante la siguiente fórmula sencilla:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Donde mi, ρi son la masa y la densidad del i-ésimo componente, respectivamente.
Si el material tiene una estructura amorfa, entonces teóricamente no será posible determinar con precisión su densidad y se deben usar técnicas experimentales.
