Concetti Chiave
- La densità è definita come il rapporto tra la massa di una sostanza e il volume che occupa, con formule dirette e inverse per calcolare massa e volume.
- Le unità di misura della densità nel Sistema Internazionale sono kg/m³, ma può anche essere espressa in g/cm³ o g/L per i gas.
- Fenomeni come il galleggiamento dei cubetti di ghiaccio nell'acqua sono dovuti a differenze di densità; il ghiaccio è meno denso dell'acqua liquida.
- La spinta di Archimede permette agli oggetti meno densi dell'acqua, come le navi, di galleggiare, mentre oggetti più densi come i sassi affondano.
- Un esercizio pratico di laboratorio per calcolare la densità dell'acqua dimostra l'applicazione delle formule di densità e la conversione tra diverse unità di misura.
In quest'appunto troverai informazioni relative al significato teorico di densità, con esempi reali e formule.
Indice
Cos'è la densità e quali sono le formule dirette e inverse ad essa collegate
Prendiamo tre bottiglie con lo stesso volume (per esempio 1 litro) e riempiamole con sostanze diverse: la prima con acqua, la seconda con olio e l’ultima con sabbia.
Se misuriamo le tre masse con una bilancia a piatti uguali troveremo valori diversi. Un litro di sabbia ha una massa ben superiore rispetto a un litro d’acqua o d’olio. Analogamente un litro d’olio ha una massa inferiore rispetto a un pari volume d’acqua.
Il rapporto tra la massa
di una sostanza e il volume
che occupa definisce la densità
della sostanza. Al contempo, se è nota la densità, la massa può essere calcolata come il prodotto tra la densità e il volume e il volume può essere calcolato come il rapporto tra la massa e la densità. In termini matematici:
,
,
.
Le unità di misura più utilizzate per il calcolo della densità
Nel SI l’unità di misura della densità è
. Talvolta viene espressa anche in
e, per i gas – considerando che
è pari a un litro
– in
.
Per convertire la densità da
a
bisogna fare
.
Fenomeni macroscopici particolari dovuti alla densità
Acqua, olio e sabbia hanno differenti densità.
di sabbia occupa un volume minore rispetto ad
di olio. Questa differenza fa sì che se versiamo in un bicchiere d’acqua olio o sabbia, il primo galleggia e la seconda si deposita sul fondo.
Una differenza di densità sta anche alla base del galleggiamento dei cubetti di ghiaccio nell’acqua o degli iceberg nell’oceano. A differenza di tutte le altre sostanze, l’acqua allo stato solido (ghiaccio) è meno densa che allo stato liquido, quindi galleggia.
La densità ha un ruolo cruciare anche nella spinta di Archimede che permette, ad esempio, agli uomini di galleggiare in acqua. Questa spinta, percepita da un corpo immerso in un liquido, permette al corpo di ricevere una spinta verso "l'alto", chiamata spinta idrostatica, pari al peso del liquido spostato. Essendo la densità del corpo umano poco inferiore a quella dell'acqua (il corpo umano è infatti composto per la maggior parte d'acqua!), gli uomini possono galleggiare sul pelo libero del mare restando parzialmente immersi.
Il principio di Archimede spiega inoltre fenomeni piuttosto inaspettati come, ad esempio, il galleggiamento di una nave da crociera. Le imbarcazioni presentano infatti al proprio interno una struttura cava: la loro densità, nonostante l'enorme volume, è quindi piuttosto bassa in quanto sono prevalentemente riempite di aria. Lo stesso discorso non può essere esteso a corpi più piccoli ma più densi, come ad esempio i sassi. Aldilà delle proprie dimensioni, una pietra è molto più densa dell'acqua e quindi affonda.
Esercizio: calcola la densità dell'acqua
Un chimico deve calcolare la densità dell'acqua a partire da alcuni campioni di acqua pura in laboratorio. Egli ha a disposizione una bilancia - per misurare la massa d'acqua - e un recipiente graduato che gli permette di valutare con buona approssimazione il volume di ogni campione.
Il chimico misura la massa e il volume di ogni singolo campione: la media dei risultati indica che il volume di acqua dei campioni ammonta a
, mentre la massa ammonta a
.
Calcola la densità dell'acqua in
e converti il risultato nelle seguenti unità di misura:
.
Svolgimento commentato dell'esercizio
La densità è pari alla massa sul volume, quindi a
. Per conoscere la densità in
basta quindi dividere
per
. Il risultato è
.
Convertiamo il risultato nelle altre unità di misura.
.
Per ulteriori approfondimenti sulla densità vedi anche qua
Domande da interrogazione
- Cos'è la densità e come si calcola?
- Quali sono le unità di misura più comuni per la densità?
- Come influisce la densità sui fenomeni macroscopici?
- Come si calcola la densità dell'acqua in laboratorio?
- Qual è il risultato della densità dell'acqua calcolata nell'esercizio?
La densità è il rapporto tra la massa di una sostanza e il volume che occupa, calcolata con la formula [math]\rho=\frac{m}{V}[/math].
Le unità di misura più comuni per la densità sono [math]\frac{kg}{m^3}[/math], [math]\frac{g}{cm^3}[/math], e [math]\frac{g}{L}[/math] per i gas.
La densità influisce su fenomeni come il galleggiamento, dove sostanze meno dense come l'olio galleggiano sull'acqua, e il principio di Archimede che spiega il galleggiamento di oggetti come le navi.
Si misura la massa e il volume di campioni d'acqua, poi si divide la massa totale per il volume totale per ottenere la densità.
La densità dell'acqua calcolata è [math]1\cdot 10^6 \frac{g}{dm^3}[/math], che si converte in [math]1000 \frac{kg}{l}[/math], [math]1\cdot 10^6 \frac{g}{m^3}[/math], e [math]1\cdot 10^9 \frac{g}{ml}[/math].
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