Densidade

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Densidade

  1. 1. Introdução:  Massa: Massa é o peso de objeto;  Volume: Volume e o espaço que tal objeto ocupara;  Densidade: Densidade é a razão da divisão de massa por volume. A densidade de um corpo define-se como o quociente entre a massa e o volume desse corpo. Desta forma pode-se dizer que a densidade mede o grau de concentração de massa em determinado volume. O símbolo para a densidade é ρ (a letra grega ró), e a unidade SI para a densidade é quilogramas por metro cúbico (kg/m³). Densidade relativa é a relação entre a densidade da substância em causa e a densidade da substância de referência (a água é geralmente tomada como referência). É uma grandeza adimensional, devido ao quociente. Quando se diz que um corpo tem uma densidade de 5, quer dizer que tem uma densidade 5 vezes superior à da água (no caso dos sólidos e líquidos). Desenvolvimento: Há uma pequena diferença entre densidade e massa específica. A massa específica, embora definida de forma análoga à densidade, contudo para um material e não um objeto é propriedade de uma substância, e não de um objeto. Supõe-se, que o material seja homogêneo e isotrópico ao longo de todo o volume considerado para o cálculo, e que este seja maciço. Um objeto oco pode ter densidade muito diferente da massa específica do material que os compõem, a exemplo os navios. Embora a massa específica do aço seja maior do que a massa específica da água, a densidade de um navio - assumido uma estrutura "fechada", é certamente menor do que a da água. Para líquidos e gases as expressões densidade e massa específica dadas as propriedades físicas destes estados - acabam sendo utilizadas como sinônimos. A unidade de densidade no SI é o quilograma por metro cúbico (kg/m3), embora as unidades mais utilizadas sejam: grama por centímetro cúbico (g/cm3) ou o grama por mililitro (g/ml). Para gases, costuma ser expressa em gramas por litro (g/L). Conforme se observa na expressão matemática da densidade, ela é inversamente proporcional ao volume, isto significa que quanto menor o volume ocupado por determinada massa, maior será a densidade. O volume é uma grandeza física que varia com a temperatura e a pressão. Isso significa que, consequentemente, a densidade também dependerá da temperatura e da pressão do material. Um exemplo que nos mostra isso é a água. Quando a água está a temperatura de aproximadamente 4ºC e sob pressão ao nível do mar, que é igual a 1,0 atm, a sua densidade é igual a 1,0 g/cm3. No entanto, no estado sólido, isto é, em temperaturas abaixo de 0ºC, ao nível do mar, a sua densidade mudará – ela diminuirá para 0,92 g/cm3.Note que a densidade da água no estado sólido é menor que no estado líquido. Isso explica o fato de o gelo flutuar na água, pois outra consequência importante da densidade dos materiais é que o material mais denso afunda e o menos denso flutua. A densidade ou mais especificamente a massa específica da água à pressão normal e à temperatura de 25 °C é de 1,00 g/cm³ e a 4 °C, onde se atinge sua densidade máxima, é de 1,03 g/cm³ (a água apresenta dilatação anômala).
  2. 2. O gelo ou, água no estado sólido, possui uma massa específica inferior àquela apresentada pela água em seu estado líquido (0,97 g/cm³), propriedade rara nos líquidos, que se explica pela polaridade da molécula da água e pelo aumento da distância média entre partículas. O mesmo ocorre geralmente com as substâncias que estabelecem pontes de hidrogênio, como os álcoois. A densidade é uma propriedade específica de cada material que serve para identificar uma substância. Essa grandeza pode ser enunciada da seguinte forma: A densidade (ou massa específica) é a relação entre massa (m) e o volume (v) de determinado material, (seja ele sólido, líquido ou gasoso). Matematicamente, a expressão usada para calcular a densidade é dada por: v m d volume massa Densidade  Outra questão que pode ser observada é que o gelo não fica totalmente acima da superfície da água. Isso ocorre porque, comparando a densidade do gelo com a da água, podemos calcular pela diferença entre elas que é necessário apenas 92% do volume do gelo para igualar a massa de água que ele desloca. Dessa forma, 92% do volume do gelo ficam abaixo da superfície da água; e apenas 8% fica acima da superfície. É por isso que os icebergs são tão perigosos para a navegação. É em razão disso que várias espécies animais e vegetais sobrevivem, pois em épocas frias a água da superfície de mares e lagos se congela. Quando a temperatura aumenta, esse gelo derrete. No entanto, se o gelo formado afundasse, ficando no fundo dos lagos e mares, o resultado seria que dificilmente esse gelo derreteria e em pouco tempo as vidas das espécies nessas regiões estariam comprometidas. Quando se aumenta a temperatura de um determinado fragmento de matéria, tem-se um aumento do volume fixo desta, pois haverá a dilatação ocasionada pela separação dos átomos e moléculas. Ao contrário, ao se diminuir a temperatura, tem-se uma diminuição deste volume fixo. Quando a matéria se expande, sua densidade diminui e quando a matéria se contrai, sua densidade aumenta. Com este conceito tem-se uma unidade de medida, que pode ser dada em gramas (g) por centímetros cúbicos (cm³). A densidade depende da massa dos átomos ou moléculas individuais e do volume efetivo ocupado pelas mesmas, seja no sólido, no líquido ou no gás. Se uma dada substância, em qualquer estado físico, apresenta massa molecular cinco vezes maior que outra nas mesmas condições de temperatura e pressão, a densidade da primeira será cinco vezes maior que a da segunda. Gases: Para definir a densidade nos gases utiliza-se como densidade de referência o ar, que nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP) (temperatura é de 0°C e pressão atmosférica 101,325 Pa) corresponde a 1,2928 kg/m³. No caso dos gases, sua densidade difere dos líquidos, e sólidos. Nos gases, suas moléculas estão separadas devido à temperatura que está acima da temperatura de ebulição do líquido correspondente.
  3. 3. Nos gases a atração entre as moléculas e/ou átomos que os compõem não são suficientemente intensas frente à energia cinética desses mesmos constituintes para mantê-los próximos. Nos líquidos e nos sólidos, contudo, as moléculas e átomos estão muitíssimo próximas. Tomando-se como exemplo, hidrogênio gasoso, comparado à água, nas condições normais de temperatura e pressão, tem-se uma densidade de 9 × 10−5 g/cm³, e a água é 11000 vezes mais densa que o elemento. Conclusão: A densidade de um corpo poderá ser determinada pela quantidade de massa que o corpo possui dividido pelo volume que esta massa ocupa. A densidade pode ser determinada pela expressão matemática: Exemplo: Uma caixa com algodão cuja massa é de 200g, ocupa o volume de 2000 cm³. Sua densidade será: Note que se a unidade de massa é indicada em g (gramas) e o volume em cm³ (centímetros cúbicos), a densidade será indicada como g/cm³ (gramas por centímetros cúbicos).

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