Densidad En física física,, la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega y denominada en ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen volumen,, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. En términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de espuma.
Densidad absoluta a densidad es la magnitud que e!presa la relaci"n entre la masa y el volumen de un cuerpo. #u unidad en el #istema $nternacional es el %ilogramo por metro c&bico '%g(m )*, aunque frecuente y coloquialmente se e!presada en g(cm ). a densidad es una magnitud intensiva.. intensiva
Densidad absoluta a densidad o densidad o densidad absoluta e!presa absoluta e!presa la masa por unidad de volumen.
donde + es la densidad, m es la masa y V es es el volumen del cuerpo.
Densidad relativa relativa Artículo principal: Densidad relativa a densidad relativa relaci"n relaci"n entre entre la densidad de una sustancia sustancia y y una densidad de referencia, resultando una magnitud adimensional y, adimensional y, por tanto, sin unidades.
donde + r es es la densidad relativa, + es la densidad absoluta y + es la densidad de referencia. -ara los líquidos y los s"lidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presi"n de atm atm y y la temperatura de / 01 01.. En esas condiciones, la densidad absoluta ) del agua es de %g %g((m , es decir, %g( %g( . -ara los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presi"n de atm atm y y la temperatura de 01 01..
Unidades de densidad 2nidades de densidad en el #istema $nternacional de 2nidades '#$*3
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%ilogramo por metro c&bico '%g(m4*. %ilogramo por c&bico '%g(m4*. gramo por gramo por centímetro c&bico 'g(cm4*. c&bico 'g(cm4*. %ilogramo por %ilogramo por litro litro '%g(*. '%g(*. El agua agua tiene tiene una densidad pr"!ima a %g(. %g( 5 g(cm4 5 g(m. gramo por gramo por mililitro mililitro 'g(m*, 'g(m*, que equivale a 'g(cm4*. -ara los gases suele usarse el gramo gramo por por decímetro c&bico 'g(dm4* o gramo por litro 'g(*, 'con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales33 ideales
Medición de densidad
-icn"metro.. -icn"metro a densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. -ara la obtenci"n indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad. a masa se mide habitualmente con una balanza balanza,, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos. Entre los instrumentos más comunes para la medida de densidades tenemos3 • •
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El densímetro densímetro,, que permite la medida directa de la la densidad de un líquido El picn"metro El picn"metro,, es un aparato que permite la medida precisa de la densidad de s"lidos, líquidos y gases picn"metro gases picn"metro de gas. gas. a balanza a balanza de 6ohr es es una variante de balanza hidrostática que permite la medida precisa de la densidad de líquidos.
7tra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un requerida9 instrumento digital basado en el principio del tubo en 2 oscilante 8cita requerida9 .
Cambios de densidad
En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presi"n presi"n o o la temperatura.. temperatura •
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1uando aumenta la presi"n la densidad de cualquier material estable también aumenta. 1omo regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye 'si la presi"n permanece constante*. #in embargo, e!isten notables e!cepciones a esta regla. -or ejemplo, la densidad del agua agua crece crece entre el punto de fusi"n 'a 01 01** y 8cita requerida9 requerida 9 los / 01 01:: algo similar ocurre con el silicio silicio a a bajas temperaturas.
El efecto de la temperatura y la presi"n en los s"lidos y líquidos es muy pequeño, por lo que típicamente la compresibilidad de un líquido o s"lido es de ;< bar ; ' bar5, 6-a* y el coeficiente de dilataci"n térmica dilataci"n térmica es de ;= > ;. -or otro lado, la densidad de los gases es fuertemente afectada por la presi"n y la temperatura. a ley de los gases ideales describe matemáticamente la relaci"n entre estas tres magnitudes3
donde R donde R es es la constante universal de los gases ideales, ideales, P es es la presi"n del gas, M gas, M su su masa molar , y T la la temperatura absoluta. absoluta. Eso significa que un gas ideal a ) > '?@ '?@ 01 01** y bar bar duplicará duplicará su densidad si se aumenta la presi"n a ? bar ? bar manteniendo manteniendo la temperatura constante o, alternativamente, se reduce su temperatura a = > manteniendo manteniendo la presi"n constante.
Aunque toda la materia materia posee posee masa y volumen, volumen, la misma masa masa de de sustancias sustancias diferentes diferentes tienen ocupan distintos volúmenes distintos volúmenes,, así notamos que el hierro o el hormigón el hormigón son son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o borrar o plástico plástico son son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza la ligereza o o pesadez pesadez de de una sustancia recibe el nombre de densidad.. Cuanto mayor sea la densidad densidad densidad de de un cuerpo, más pesado nos parecerá.
La densidad densidad se se define como el cociente entre la masa masa de de un cuerpo y el volumen el volumen que que ocupa.. Así, como en el S.I. ocupa S.I. la la masa masa se se mide en kilogramos kilogramos ( (kg kg)) y el volumen el volumen en en 3 metros cúbicos ( cúbicos (m m ) la densidad densidad se se medirá en kilogramos por metro cúbico 3 (kg/m ). Esta unidad de medida, medida , sin embargo, es muy muy poco usada, ya que es demasiado demasiado pequea. !ara el agua , por e"emplo, como un kilogramo kilogramo ocupa ocupa un volumen un volumen de de un litro litro,, 3 es decir, de 0,001 m , la densidad densidad será será de# La mayoría de las sustancias sustancias tienen tienen densidades similares a las del agua agua por por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre n$meros muy grandes. !ara evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el medida el gramo por centímetro cúbico ( cúbico (gr./c.c. gr./c.c.), ), de esta forma la densidad densidad del del agua agua será# será#
Las medidas de la densidad densidad quedan, quedan, en su mayor parte, a%ora muc%o más pequeas y fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil. Sustancia
Densidad en kg/m3
Densidad en g/c.c.
Agua
1000
1
Aceite
920
0,92
Gasolina
680
0,68
Plomo
11300
11,3
Acero
7800
7,8
Mercurio
13600
13,6
Madera
900
0,9
Aire
1,3
0,0013
Butano
2,6
0,026
Dióido de car!ono
1,8
0,018
La densidad densidad de de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad flotabilidad,, una sustancia flotará sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. menor. !or eso la madera madera flota flota sobre el agua agua y y el plomo el plomo se se %unde en ella, porque el plomo el plomo posee posee mayor densidad densidad que que el agua agua mientras mientras que la densidad de densidad de la madera madera es es menor, pero ambas sustancias se %undirán en la gasolina gasolina,, de densidad más densidad más ba"a. Densidad: La densidad es una caracter Densidad: La caracteríística de cada sustancia. &os sustancia. &os vamos a referir a líquidos y s'lidos %omogneos. u densidad, prácticamente, no cambia con la presi'n presi'n y y la temperatura** mientras que los gases temperatura gases son son muy sensibles a las variaciones de estas magnitudes.
Consideremos el movimiento de un objeto de volumen V y masa M que cae a trav és de un fluido con viscosidad cero (sin rozamiento). • •
Dibuja las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. ¿La aceleración del objeto en caí da da es independiente de su masa?, ¿y de su volumen?
Aisponemos de una plancha de corcho de dm de espesor. 1alcular la superficie mínima que se debe emplear para que flote en agua, sosteniendo a un na&frago de @ %g. a densidad del corcho es de .?/ g(cm ?. Bota3 entendemos por superficie mínima la que permite mantener al hombre completamente fuera del agua aunque la tabla esté totalmente inmersa en ella.
2n cable anclado en el fondo de un lago sostiene una esfera hueca de plástico bajo su superficie. El volumen de la esfera es de .) m ) y la tensi"n del cable C B. • •
Dué masa tiene la esferaF El cable se rompe y la esfera sube a la superficie. 1uando está en equilibrio, Dqué fracci"n del volumen de la esfera estará sumergidaF.
Aensidad del agua de mar .) g(cm )
2n dep"sito de agua está cerrado por encima con una placa deslizante de ? m ? y ? %g de peso. El nivel del agua en el dep"sito es de ).= m de altura. 1alcular la presi"n en el fondo. #i se abre un orificio circular de = cm de radio a medio metro por encima del fondo, calc&lese el volumen de agua que sale por segundo por este orificio. '#e considera que el área del orificio es muy pequeño frente al área del dep"sito*. Dato: la presi"n atmosférica es de = -a
a prensa hidráulica hidráulica de la figura está formada por dos dep"sitos cilíndricos, de diámetros y / cm respectivamente, conectados por la parte inferior mediante un tubo, tal como se indica en la figura figura.. 1ontie 1ontienen nen dos dos líquid líquidos os inmiscibles3 agua, de densidad g(cm) y aceite .
El dep"sito de la figura contiene agua. a) #i abrimos la llave de paso, Dqué altura tendrá el agua en cada lado del dep"sito cuando se alcance el equilibrioF b) Dqué cantidad de agua pasará de un recipiente al otro hasta que se alcance el equilibrioF
Ae un gran dep"sito de agua, cuyo nivel se mantiene constante fluye agua que circula por los conductos de la figura hasta salir por la abertura A, que está abierta al aire. a diferencia de presi"n entre los puntos I y J es -J K -I 5 = -a.
#abiendo que las secciones de los diferentes tramos de la conducci"n son # I5 #1 5 cm? y #J5? cm?, calcular las velocidades y las presiones del agua en los puntos I, J, 1, de la conducci"n. a presi"n en 1 es la atmosférica, igual a = -a.
-ara saber la velocidad del agua en una tubería empalmamos en ella un tubo en forma de H de menor secci"n, colocamos tubos manométricos I y J, como indica la figura y medimos la diferencia de altura '= cm* entre los niveles superiores del líquido en tales tubos. #abiendo que la secci"n del tubo estrecho es veces menor que la tubería, calcular la velocidad del líquido en ésta. •
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1alc&lese el gasto, si el área de la secci"n mayor es / cm?
El gasto en una tubería por la que circula agua es ?G l(s. En la tubería hay instalado un medidor de Lenturi Lenturi con mercurio como líquido manométrico. #i las secciones de las tuberías son G y / cm ?, 1alcular el desnivel h que se produce en el mercurio. Aato3 densidad del mercurio ).< gr(cm)
Aos dep"sitos abiertos muy grandes I y M, véase la figura, contienen el mismo líquido. 2n tubo horizontal J1A que tiene un estrechamiento en 1, descarga agua del fondo del dep"sito I, y un tubo vertical E se abre en 1 en el estrechamiento y se introduce en el líquido del dep"sito M. #i la secci"n transversal en 1 es la mitad que en A, y si A se encuentra a una distancia h1 por debajo del nivel del líquido en I. DI qué altura h2 alcanzará el líquido en el tubo EF. E!presar la respuesta en funci"n de h1.
Ael dep"sito I de la figura sale agua continuam continuamente ente pasando pasando través de dep"sito cilíndrico J por el orificio 1. El nivel de agua agua en I se supo supone ne constante, a una altura de ? m sobre el suelo. a altura del orificio 1 es de .? m. El radio del dep"si dep"sito to cilínd cilíndric rico o J es cm y la del orificio 1, / cm. 1alcular3
a velocidad del agua que sale por el orificio 1. a presi"n del agua en el punto - dep" ep"sito pequeño J a altura h del agua en el man" man"me metro tro abier abierto to
vertical. Aato3 la presi"n atmosférica es ?C) -a.
Peso específico De Wikipedia, la enciclopedia libre #altar a navegaci"n navegaci"n,, b&squeda El peso específico de una sustancia se define como su peso su peso por por unidad de volumen volumen.. #e calcula al dividir el peso de la sustancia entre el volumen que ésta ocupa. En el #istema Hécnico,, se mide en %ilopondios Hécnico %ilopondios por por metro c&bico '%p(m4*. c&bico '%p(m4*. En el #istema $nternacional de 2nidades, 2nidades, en neNton neNton por por metro c&bico 'B(m4*. c&bico 'B(m4*.
" Aonde3 5 peso especifico 5 es el peso de la sustancia 5 es el volumen que la sustancia ocupa 5 es la densidad de la sustancia 5 es la aceleraci"n de la gravedad Este n&mero está intimamente ligado a la densidad de cualquier material y debido a su fácil manejo en unidades terrestres su uso es muy amplio dentro de la Mísica. 1omo bajo la gravedad de la Hierra el %ilopondio equivale, apro!imadamente, al peso de un %ilogramo %ilogramo,, esta magnitud tiene el mismo valor numérico que la densidad e!presada en '%g(m4
