Densidad y sus unidades

La energía y su unidad

La densidad (más precisamente, la densidad de masa volumétrica; también conocida como masa específica), de una sustancia es su masa por unidad de volumen. El símbolo más utilizado para la densidad es ρ (la letra griega rho en minúscula), aunque también se puede utilizar la letra latina D. Matemáticamente, la densidad se define como la masa dividida por el volumen:[1]

donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen. En algunos casos (por ejemplo, en la industria del petróleo y el gas de Estados Unidos), la densidad se define vagamente como su peso por unidad de volumen,[2] aunque esto es científicamente inexacto: esta cantidad se llama más específicamente peso específico.

Los distintos materiales suelen tener densidades diferentes, y la densidad puede ser relevante para la flotabilidad, la pureza y el envasado. El osmio y el iridio son los elementos más densos conocidos en condiciones estándar de temperatura y presión.

Para simplificar las comparaciones de la densidad entre diferentes sistemas de unidades, a veces se sustituye por la cantidad adimensional «densidad relativa» o «gravedad específica», es decir, la relación entre la densidad del material y la de un material estándar, normalmente el agua. Así, una densidad relativa inferior a uno con respecto al agua significa que la sustancia flota en el agua.

Ejemplos de fórmulas de densidad

La densidad de un objeto es una de sus propiedades físicas más importantes y fáciles de medir. Las densidades se utilizan ampliamente para identificar sustancias puras y para caracterizar y estimar la composición de muchos tipos de mezclas. El objetivo de esta lección es mostrar cómo se definen, miden y utilizan las densidades, y asegurarse de que entiendes los conceptos estrechamente relacionados de flotabilidad y gravedad específica, y el papel que desempeñan en nuestras vidas y en el medio ambiente.

La mayoría de nosotros entendemos desde hace tiempo que «el petróleo es más ligero que el agua», o que el hierro es «más pesado» que el azúcar. Pero al hacer estas afirmaciones, estamos comparando implícitamente volúmenes iguales de estas sustancias: después de todo, sabemos que una taza de azúcar pesa más que un solo clavo de acero ordinario. La masa y el volumen son medidas de la cantidad de una sustancia, y como tales se definen como propiedades extensivas de la materia. La relación entre dos propiedades extensivas es siempre una propiedad intensiva, que caracteriza a un tipo de materia, independientemente de su tamaño o masa. Es esta relación (masa ÷ volumen) la que nos ocupa en este módulo.

Todo sobre la densidad

La densidad es un concepto fundamental en las ciencias; lo verás a lo largo de tus estudios. Se utiliza con bastante frecuencia para identificar rocas y minerales, ya que la densidad de las sustancias rara vez cambia de forma significativa. Por ejemplo, el oro siempre tendrá una densidad de 19,3 g/cm3; si un mineral tiene una densidad distinta a esa, no es oro.

Probablemente tengas una sensación intuitiva de la densidad en los materiales que utilizas a menudo. Por ejemplo, las esponjas tienen una densidad baja; tienen una masa baja por unidad de volumen. No te sorprende que una esponja grande sea fácil de levantar. En cambio, el hierro es denso. Si coges una sartén de hierro, esperas que sea pesada.

Los alumnos, e incluso los profesores, suelen confundir masa y densidad. Las palabras «pesado» y «ligero» se refieren por sí solas a la masa, no a la densidad. Una esponja muy grande puede pesar mucho (tener una masa elevada), pero su densidad es baja porque sigue pesando muy poco por unidad de volumen. Para la densidad, también hay que tener en cuenta el tamaño, o el volumen, del objeto.

Otra cosa complicada sobre la densidad es que no se pueden sumar densidades. Si tengo una roca formada por dos minerales, uno con una densidad de 2,8 g/cm3, y otro con una densidad de 3,5 g/cm3, la roca tendrá una densidad entre 3,5 y 2,8 g/cm3, no una densidad de 6,3 g/cm3. Esto se debe a que tanto la masa como el volumen de los dos minerales se sumarán, por lo que al dividirlos para obtener la densidad el resultado estará entre los dos.

La potencia y su unidad

La densidad de un material se define como su masa por unidad de volumen. Dicho de otro modo, la densidad es la relación entre la masa y el volumen o la masa por unidad de volumen. Es una medida de la cantidad de «materia» que tiene un objeto en una unidad de volumen (metro cúbico o centímetro cúbico). La densidad es esencialmente una medida de la densidad de la materia. El principio de la densidad fue descubierto por el científico griego Arquímedes, y es fácil de calcular si se conoce la fórmula y se entienden sus unidades relacionadas.

Al estudiar la densidad, puede ser útil trabajar con un problema de ejemplo utilizando la fórmula de la densidad, como se mencionó en la sección anterior. Recuerda que, aunque la densidad es, de hecho, la masa dividida por el volumen, a menudo se mide en unidades de gramos por centímetro cúbico porque los gramos representan un peso estándar, mientras que los centímetros cúbicos representan el volumen del objeto.

Para este problema, toma un ladrillo de sal de 10,0 cm x 10,0 cm x 2,0 cm, que pesa 433 gramos. Para hallar la densidad, utiliza la fórmula, que te ayuda a determinar la cantidad de masa por unidad de volumen, o:

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