Calcolatore di Densità

Il calcolatore di densità ti aiuterà a calcolare la densità, la massa e il volume della materia. Poiché questi parametri sono correlati tra loro, puoi calcolarne uno conoscendo gli altri due. Ad esempio, se conosci la massa e il volume di un oggetto, puoi calcolarne la densità. In alternativa, puoi usare il calcolatore di densità per determinare la massa di un oggetto se conosci il suo volume e la sua densità.

Questo calcolatore è particolarmente pratico perché puoi utilizzare diverse misure per calcolare la densità. Puoi usare grammi, chilogrammi, once e libbre come misure di massa nel calcolatore di densità. I millilitri, i centimetri cubi, i metri cubi, i litri, i piedi cubi e i pollici cubi possono essere utilizzati come misure di volume.

Definizione di Densità di una Sostanza

La densità di una sostanza è la massa contenuta in un'unità di volume in condizioni normali.

Le unità di misura della densità utilizzate più comunemente al mondo sono l'unità SI dei chilogrammi per metro cubo (kg/m³) e l'unità CGS dei grammi per centimetro cubo (g/cm³). Un kg/m³ equivale a 1000 g/cm³.

Negli Stati Uniti, normalmente la densità viene espressa in libbre per piede cubo.

Una libbra per piede cubo = 16,01846337395 chilogrammi per metro cubo. Pertanto, per convertire la densità di una sostanza dalle unità SI alle tradizionali unità statunitensi, bisogna dividere il numero per 16,01846337395 oppure semplicemente per 16. Per convertire la densità di una sostanza dalle unità americane a quelle SI, moltiplica il numero per 16.

La lettera greca ρ solitamente viene utilizzata per indicare la densità. A volte le lettere latine D e d (dal latino "densitas" o "densità") vengono utilizzate nella formula della densità.

Per trovare la densità di una sostanza, bisogna dividere la sua massa per il volume. La densità ρ si calcola con la formula della densità:

$$ρ=\frac{m}{V}$$

V è il volume occupato da una sostanza di massa m.

Poichè densità, massa e volume sono strettamente correlati, conoscendo la densità e il volume, possiamo calcolare la massa:

$$m=ρ V$$

E conoscendo la densità e la massa della sostanza, possiamo calcolare il volume:

$$V=\frac{m}{ρ}$$

Densità di varie sostanze

Le densità delle sostanze e dei materiali possono variare considerevolmente.

La densità di una sostanza allo stato solido, liquido e gassoso è differente. Ad esempio, la densità dell'acqua è di 1000 kg/m³, del ghiaccio di circa 900 kg/m³ e del vapore acqueo di 0,590 kg/m³.

La densità dipende dalla temperatura, dallo stato aggregato della sostanza e dalla pressione esterna. Se la pressione aumenta, le molecole della sostanza diventano più dense e quindi anche la densità è maggiore.

Quando la pressione o la temperatura di un oggetto cambiano, di solito si verifica una variazione della sua densità. Quando la temperatura diminuisce, il movimento delle molecole nella sostanza rallenta e, poiché rallentano, necessitano di meno spazio. Questo si traduce in un aumento della densità. Viceversa, ad un aumento della temperatura corrisponde una diminuzione della densità.

Questa regola non vale per l'acqua, la ghisa, il bronzo e alcune altre sostanze che si comportano in modo diverso a determinate temperature.

L'acqua presenta una densità massima a 4 °C, pari a 997 kg/m³. La densità dell'acqua viene spesso arrotondata a 1000 kg/m³ per semplificare i calcoli. Quando la temperatura aumenta o diminuisce, anche la densità dell'acqua diminuisce. Il ghiaccio non affonda sulla superficie dell'acqua perché ha una densità di 916,7 kg/m³.

La ragione alla base di questa proprietà del ghiaccio sono i cosiddetti legami a idrogeno. Il reticolo dei cristalli di ghiaccio ricorda un nido d'ape, con le molecole d'acqua collegate da legami a idrogeno in ognuno dei sei angoli. La distanza tra le molecole d'acqua allo stato solido è maggiore rispetto alla forma liquida, dove si muovono liberamente e possono avvicinarsi.

Anche la densità dell'acqua, del bismuto e del silicio diminuisce quando si solidificano.

La densità della materia determina cosa galleggia e cosa affonda. Gli oggetti meno densi dell'acqua (meno di 1 gm/cm³) galleggiano sull'acqua, come il polistirolo o il legno.

I materiali ad alta densità, come il metallo, il cemento o il vetro (superiore a 1 gm/cm³), affonderanno nell'acqua perché la loro densità è superiore a quella dell'acqua.

Una palla di ferro affonda nell'acqua perché la sua densità è maggiore di quella dell'acqua. Una nave di ferro galleggia nell'oceano. Sebbene il ferro sia più denso dell'acqua, la maggior parte dell'interno della nave è piena d'aria. Questo riduce la densità complessiva della nave. Se la nave fosse un blocco compatto di ferro, affonderebbe.

Gli oggetti immersi in acqua salata presentano una maggiore tendenza a galleggiare rispetto all'acqua limpida o di rubinetto; in altre parole, il galleggiamento è maggiore. Questo effetto è dovuto alla forza di galleggiamento che l'acqua salata esercita sugli oggetti a causa della sua maggiore densità.

Le Densità dei Solidi

Esempio

Immagina di essere uno scultore e di voler acquistare un blocco di marmo per realizzare una piccola statua. Hai trovato un blocco di marmo con dimensioni di 0,3 х 0,3 х 0,6 metri che fa al caso tuo per quanto riguarda la qualità e il prezzo. Come puoi calcolare il peso del blocco per capire come trasportarlo al meglio?

Moltiplichiamo le dimensioni del blocco per calcolarne il volume.

0,3 × 0,3 × 0,6 = 0,054 m³

Sappiamo che la densità del marmo è di 2700 kg/m³. Quindi cerchiamo la massa del blocco utilizzando la formula:

$$m=ρ V$$

Questo significa 0,054 × 2700 = 145,8 kg. Quindi, il blocco di marmo che ti piace peserà circa 145,8 kg.

Le Densità dei Liquidi

Le Densità dei Gas

Conoscere la densità del monossido di carbonio può essere utile in caso di incendio che produce monossido di carbonio, velenoso per l'uomo. Il monossido di carbonio è di poco più leggero dell'aria, quindi sale verso l'alto della stanza. Per questo motivo, se ti trovi in una stanza durante un incendio, è meglio che tu ti abbassi e ti avvicini al pavimento il più possibile.

Le densità degli alimenti

Esempio di calcolo

Hai acquistato una confezione di caffè in grani del peso di 900 grammi. A casa hai un pratico barattolo da 1,5 litri. Ci starà tutto questo caffè in un barattolo? Per prima cosa, è bene ricordare che un litro contiene 1000 cm³. Di conseguenza, abbiamo un barattolo di 1500 cm³.

Calcola il volume del caffè utilizzando la sua massa e la conoscenza della densità.

$$V=\frac{m}{ρ}$$$

Il volume del caffè sarà pari a:

$$\frac{900}{0,43}= 2093,023255814\ cm³$$

Il barattolo che hai non riuscirà a contenere tutto il caffè che hai comprato.

Densità dei materiali da costruzione:

Il concetto di densità apparente viene utilizzato per analizzare i materiali da costruzione (sabbia, ghiaia, argilla espansa, ecc.). Questo indicatore è di fondamentale importanza per calcolare la convenienza economica dei vari elementi che compongono la miscela da costruzione.

La densità apparente è un valore variabile. In alcune condizioni, un materiale dello stesso peso può occupare un volume diverso. Inoltre, a parità di volume, la massa può variare. Più le particelle sono meno profonde, più sono densamente distribuite. La sabbia presenta la densità di massa più elevata tra i materiali da costruzione. Più grandi sono i granelli, più spazi vuoti ci sono tra di essi. Oltre alle dimensioni, anche la forma dei granelli svolge un ruolo importante. Le particelle meglio compattate sono quelle di forma regolare.

Conoscere la densità è essenziale quando si conosce il volume della buca o del fosso da riempire e si vuole conoscere il peso del materiale da acquistare a questo scopo. Conoscere la densità è utile anche quando il prezzo del materiale in vendita è espresso in chilogrammi e devi conoscerne il volume. Inoltre, le informazioni sulla densità di massa saranno importanti se vuoi calcolare correttamente il numero di unità di trasporto necessarie per trasportare il materiale acquistato.

Densità media della materia

Immaginiamo che un corpo abbia dei vuoti o sia composto da diverse sostanze (ad esempio, una nave, un pallone da calcio, una persona). In questo caso si parla di densità media del corpo. Può essere calcolata anche con la formula

$$ρ=\frac{m}{V}$$

Ad esempio, la densità media del corpo umano varia da 940-990 kg/m³ a pieni polmoni a 1010-1070 kg/m³ con i polmoni vuoti. La densità corporea umana è largamente influenzata da parametri quali la predominanza di massa ossea, muscolare o grassa nel corpo umano.

Esempi naturali interessanti di densità

• Il mezzo intergalattico ha la densità più bassa in natura, da 2×10⁻³¹kg/m³ a 5×10⁻³¹kg/m³.
• La densità media del Sole è di circa 1,410 kg/m³, circa 1,4 volte la densità dell'acqua.
• La densità del granito è di 2,600 kg/m³.
• La densità media della Terra è di 5,520 kg/m³.
• La densità del ferro è di 7,874 kg/m³.
• La densità dell'argento è di 10,490 kg/m³.
• L'oro ha una densità di 19,320 kg/m³.
• Le sostanze più dense in condizioni standard sono l'osmio (22,600 kg/m³), l'iridio (22,400 kg/m³) e il platino (21,500 kg/m³).
• La densità maggiore nell'Universo si trova nel buco nero. La densità media di un buco nero dipende dalla sua massa. Un buco nero con una massa pari a quella solare ha una densità di circa 10¹⁹ kg/m³, superiore alla densità nucleare di 2 × 10¹⁷ kg/m³. Un buco nero supermassiccio con una massa di 10⁹ masse solari ha una densità media di circa 20 kg/m³, molto inferiore alla densità dell'acqua (1.000 kg/m³).

Calcolo della densità

Esistono diversi metodi per misurare la densità dei materiali. Tra questi metodi troviamo l'utilizzo di:

• idrometro (metodo del galleggiamento per i liquidi),
• equilibrio idrostatico (metodo del galleggiamento per liquidi e solidi),
• il metodo del corpo sommerso (metodo dell'assetto per i fluidi),
• picnometro (per liquidi e solidi),
• picnometro a confronto con l'aria (per i solidi),
• densitometro oscillante (per i fluidi),
• riempimento e rilascio (per i solidi).

Per calcolare la densità di una sostanza o la densità media di un oggetto a casa tua, puoi misurare il volume e la massa di quella sostanza o di quell'oggetto.

Innanzitutto, determina la massa dell'oggetto utilizzando una bilancia.

Quindi calcola il volume misurando le dimensioni o versando l'oggetto in un recipiente graduato. Questo recipiente può essere qualunque cosa, da un misurino a una bottiglia di dimensioni standard. Se l'oggetto ha una forma complessa, puoi misurare il volume d'acqua che l'oggetto sposta.

Dividi la massa per il volume per calcolare la densità della sostanza o dell'oggetto utilizzando la formula:

$$ρ=\frac{m}{V}$$

L'uso delle proprietà della densità nell'industria

Una delle applicazioni più conosciute della densità è la determinazione della capacità di un oggetto di galleggiare sull'acqua. Se la densità di un oggetto è inferiore alla densità dell'acqua, galleggerà; se la sua densità è inferiore alla densità dell'acqua, affonderà.

Le navi possono galleggiare perché hanno serbatoi di zavorra che contengono aria. Questi serbatoi offrono un grande volume di massa ridotta, riducendo la densità della nave. La minore densità media, unitamente alla forza di galleggiamento che l'acqua esercita sulla nave, permette a quest'ultima di galleggiare.

Il petrolio galleggia sulla superficie dell'acqua perché presenta una densità inferiore a quella dell'acqua. Sebbene le fuoriuscite di petrolio siano dannose per l'ambiente, la capacità del petrolio di galleggiare lo rende più facile da bonificare.

L'indice di densità media riflette le condizioni fisiche dei materiali. Ecco perché l'indice di densità media determina il comportamento dei materiali da costruzione in condizioni reali, quando sono esposti all'umidità, a temperature positive e negative e a sollecitazioni meccaniche.

Utilizzando materiali a bassa densità nell'edilizia e nell'ingegneria meccanica si ottengono vantaggi ambientali ed economici. Ad esempio, un tempo le strutture degli aerei e dei razzi erano realizzate in alluminio e acciaio. Oggi, invece, sono costruite in titanio, meno denso e quindi più leggero. Ciò consente di risparmiare carburante e di trasportare più carico.

Le informazioni sulla densità della materia sono fondamentali anche nel settore agricolo. Se la densità del terreno è elevata, non trasmette bene il calore e in inverno gela in profondità. Quando viene arato, il terreno si frantuma in grandi blocchi e le piante non crescono bene.

Se la densità del suolo è scarsa, l'acqua passa rapidamente attraverso il terreno; in altre parole, l'umidità non viene trattenuta nel suolo. Inoltre, le forti piogge possono lavare via lo strato più fertile del terreno. Perciò gli agronomi devono conoscere la densità del terreno per ottenere un buon raccolto.

Storia della misurazione della densità secondo la leggenda

La storia della misurazione della densità comincia con la storia di Archimede, incaricato di determinare se un orafo si fosse appropriato dell'oro durante la realizzazione di una corona per il re Gerone II. Il re sospettava che la corona fosse composta da una lega di oro e argento. A quel tempo, gli scienziati sapevano che l'oro era circa due volte più denso dell'argento. Per verificare la composizione della corona, però, era necessario calcolarne il volume.

La corona poteva essere schiacciata in un cubo, il cui volume poteva essere calcolato facilmente e confrontato con la massa e, in base alla densità, determinare se si trattava di oro. Il re, però, non avrebbe mai approvato questo metodo.

Dall'innalzamento dell'acqua al suo imbocco, Archimede notò che poteva calcolare il volume della corona d'oro in base al volume dell'acqua spostata. Dopo questa scoperta, saltò fuori dalla vasca e corse nudo per le strade, gridando "Eureka! Eureka!" In greco, "Εύρηκα!" significava "L'ho trovato".

Archimede calcolò il volume d'acqua spostato dalla corona e il volume d'acqua spostato da un lingotto d'oro della stessa massa della corona. Dall'esperimento risultò che la corona spostava più acqua. Si scoprì che era composta da un materiale meno denso e più leggero dell'oro puro. Di conseguenza, la truffa del gioielliere fu scoperta.

Da qui è nato il termine "eureka", divenuto popolare e utilizzato per indicare un momento di illuminazione o di intuizione.