Vamos considerar no artigo como encontrar a densidade e o que ela é. No projeto de muitas estruturas e veículos, são levadas em consideração uma série de características físicas que um determinado material deve ter. Uma delas é a densidade.
massa e volume
Decifre o significado de duas quantidades físicas que estão diretamente relacionadas a ela - isto é massa e volume. Antes de respondermos à pergunta como encontrar a densidade.
Massa é uma característica que descreve as propriedades inerciais dos corpos e sua capacidade de mostrar atração gravitacional entre si. A massa é medida em quilogramas no sistema SI.
Os conceitos de massas inerciais e gravitacionais foram introduzidos pela primeira vez na física por Isaac Newton ao formular as leis da mecânica e da gravitação universal.
Volume é uma característica exclusivamente geométrica do corpo, que reflete quantitativamente a parte do espaço que ocupa. O volume é medido em unidades cúbicas de comprimento, por exemplo, no SI são metros cúbicos.
Para corpos de forma conhecida(paralelepípedo, bola, pirâmide) este valor pode ser determinado por fórmulas especiais, para objetos de forma geométrica irregular, o volume é determinado mergulhando-os em um líquido.
Densidade de quantidade física
Agora você pode ir diretamente para a resposta à pergunta de como encontrar a densidade. Essa característica é determinada pela razão entre a massa corporal e o volume que ela ocupa, que se escreve matematicamente da seguinte forma:
ρ=m/V.
Esta igualdade mostra as unidades de ρ (kg/m3). Assim, densidade, massa e volume estão relacionados por uma única igualdade, e o valor de ρ para qualquer material mostra a concentração volumétrica de sua massa.
Vamos dar um exemplo simples: se você pegar na mão bolas de plástico e ferro do mesmo tamanho, a segunda terá muito mais peso que a primeira. Este fato se deve à alta densidade do ferro em relação à do plástico.
Uma das principais manifestações da razão de densidades na natureza será a flutuabilidade dos corpos. Se o corpo tiver uma densidade menor que o líquido, ele nunca afundará nele.
Densidade dos materiais
Quando se fala em densidade de certos materiais, eles se referem a sólidos. Gases e líquidos também têm uma certa densidade, mas não falaremos deles aqui.
Os materiais sólidos podem ser cristalinos ou amorfos. O valor de ρ depende da estrutura, distâncias interatômicas e massas atômicas e moleculares dos materiais. Por exemplo, todos os metais são cristais, e vidro ou madeira têmestrutura amorfa. Abaixo está uma tabela da densidade de diferentes tipos de madeira.
Por favor, note que neste caso a densidade média é dada. Na vida real, cada árvore tem características únicas, incluindo vazios, poros e a presença de uma certa porcentagem de umidade na madeira.
Abaixo está outra tabela. Nele, em g/cm3densidades de todos os elementos químicos puros que estão à temperatura ambiente são dadas.
Pode-se ver na tabela que todos os elementos têm densidade maior que a da água. A exceção são apenas três metais - lítio, potássio e sódio, que não afundam, mas flutuam na superfície da água.
Como a densidade é medida experimentalmente?
Na verdade, existem duas técnicas para determinar a característica em estudo. A primeira é pesar diretamente o corpo e medir suas dimensões lineares.
Se a forma geométrica do corpo for complexa, então o chamado método hidrostático é usado.
Sua essência é a seguinte: primeiro pese o corpo no ar. Vamos supor que o peso resultante foi P1. Depois disso, o corpo é pesado em um líquido de densidade conhecida ρl. Seja o peso do corpo no líquido P2. Então o valor da densidade ρ do material em estudo será:
ρ=ρlP1/(P1-P 2).
Esta fórmula pode ser obtida por cada aluno por conta própria se considerar a lei de Arquimedespara o caso descrito.
Historicamente, acredita-se que pela primeira vez a pesagem hidrostática foi usada pelo filósofo grego Arquimedes para determinar a falsa coroa de ouro. As primeiras balanças hidrostáticas foram inventadas por Galileu Galilei no final do século XVI. Atualmente, picnômetros eletrônicos e medidores de densidade são amplamente utilizados para determinar experimentalmente o valor de ρ em líquidos, sólidos e gases.
Definição teórica de densidade
A questão de como encontrar a densidade experimentalmente foi discutida acima. No entanto, este ρ de um material desconhecido pode ser encontrado teoricamente. Para isso, é necessário conhecer o tipo de rede cristalina, os parâmetros dessa rede, bem como a massa dos átomos que a formam. Como qualquer rede cristalina elementar tem uma certa forma geométrica, é fácil encontrar uma fórmula para determinar seu volume.
Se um material cristalino consiste em vários elementos químicos, como ligas metálicas, sua densidade média pode ser determinada pela seguinte fórmula simples:
ρ=∑mi/∑(mi/ρi).
Onde mi, ρi são a massa e a densidade do i-ésimo componente, respectivamente.
Se o material tiver uma estrutura amorfa, teoricamente não será possível determinar com precisão sua densidade, e técnicas experimentais devem ser usadas.
