Calculadora de Densidade

A calculadora de densidade o ajudará a calcular a densidade da matéria, massa e volume. Como estes parâmetros estão inter-relacionados, você pode calcular um parâmetro conhecendo os outros dois. Por exemplo, se você conhece a massa e o volume de um objeto, você pode calcular sua densidade. Ou você pode usar a calculadora de densidade para determinar a massa de um objeto, se você souber seu volume e densidade.

Esta calculadora é incrivelmente conveniente porque você pode usar diferentes medidas para calcular a densidade. Você pode usar gramas, quilogramas, onças e libras como medidas de massa na calculadora de densidade. Mililitros, centímetros cúbicos, metros cúbicos, litros, pés cúbicos e polegadas cúbicas podem ser usados como medidas de volume.

A Definição de Densidade da Substância

A densidade de uma substância é a massa contida em uma unidade de volume em condições normais.

As unidades de densidade mais usadas no mundo são a unidade SI de quilogramas por metro cúbico (kg/m³) e a unidade CGS de gramas por centímetro cúbico (g/cm³). Um kg/m³ é igual a 1000 g/cm³.

Nos Estados Unidos, tradicionalmente, a densidade é expressa em libras por pé cúbico.

Uma libra por pé cúbico = 16,01846337395 quilos por metro cúbico. Portanto, para converter a densidade de uma substância de unidades SI para unidades tradicionais dos EUA, divida o número por 16,01846337395 ou simplesmente por 16. E para converter a densidade de uma substância de unidades americanas para unidades SI, multiplique seu número por 16.

A letra grega ρ é normalmente usada para representar a densidade. Às vezes, as letras latinas D e d (do latim "densitas" ou "densidade") são usadas na fórmula de densidade.

Para encontrar a densidade de uma substância, divida sua massa por volume. A densidade ρ é calculada usando a fórmula de densidade:

$$ρ=\frac{m}{V}$$

Onde V é o volume ocupado por uma substância de massa m.

Como densidade, massa e volume estão inter-relacionados, conhecendo a densidade e o volume, podemos calcular a massa:

$$m=ρ V$$

E conhecendo a densidade e a massa da substância, podemos calcular o volume:

$$V=\frac{m}{ρ}$$

Densidades de diferentes substâncias

As densidades de diferentes substâncias e materiais podem variar significativamente.

A densidade da mesma substância em estado sólido, líquido e gasoso é diferente. Por exemplo, a densidade da água é de 1000 kg/m³, o gelo cerca de 900 kg/m³ e o vapor de água 0,590 kg/m³.

A densidade depende da temperatura, do estado agregado da substância, e da pressão externa. Se a pressão aumenta, as moléculas da substância se tornam mais densas; logo, a densidade é maior.

Uma mudança na pressão ou na temperatura de um objeto geralmente leva a uma mudança em sua densidade. Quando a temperatura cai, o movimento das moléculas na substância diminui, e porque elas diminuem, elas precisam de menos espaço. Isto leva a um aumento da densidade. Por outro lado, um aumento na temperatura geralmente leva a uma diminuição na densidade.

Esta regra exclui a água, ferro fundido, bronze e algumas outras substâncias que se comportam de forma diferente a temperaturas específicas.

A água tem uma densidade máxima a 4 °C, que é de 997 kg/m³. A densidade da água é frequentemente arredondada para 1000 kg/m³ para facilidade de cálculo. Conforme a temperatura aumenta ou diminui, a densidade da água vai diminuindo. O gelo não afunda na superfície da água porque tem uma densidade de 916,7 kg/m³.

A razão desta propriedade do gelo é a chamada ligação de hidrogênio. A malha de cristal de gelo parece um favo de mel, com moléculas de água ligadas por ligações de hidrogênio em cada um dos seis cantos. A distância entre as moléculas de água no estado sólido é maior do que na forma líquida, onde elas se movem livremente e podem se aproximar mais.

A densidade da água, do bismuto e do silício também diminui com a solidificação.

A densidade da matéria determina o que irá flutuar e o que irá afundar. Objetos menos densos que a água (menos de 1 gm/cm³) flutuarão na água, como o isopor ou a madeira.

Materiais com alta densidade, como metal, concreto ou vidro (maior que 1 gm/cm³), afundarão na água porque sua densidade é maior do que a da água.

Uma bola de canhão de ferro afunda na água porque sua densidade é maior do que a densidade da água. Um navio de ferro flutua no oceano. Embora o ferro seja mais denso do que a água, a maior parte do interior do navio é preenchida com ar. E isto reduz a densidade total do navio. Se o navio fosse um bloco sólido de ferro, ele afundaria.

Objetos submersos em água salgada têm maior tendência a flutuar do que em água clara ou correnteza; ou seja, têm maior flutuabilidade. Este efeito surge por causa da força de flutuação que a água salgada tem sobre os objetos devido a sua maior densidade.

As Densidades dos Sólidos

Exemplo

Imagine que você é um escultor e vai comprar um bloco de mármore para fazer uma pequena estátua. Você encontrou à venda um bloco de mármore com as dimensões de 0,3 х 0,3 х 0,6 metros que lhe convém em termos de qualidade e preço. Como calcular o peso do bloco para entender a melhor maneira de transportá-lo?

Vamos multiplicar as dimensões do bloco entre si para calcular o volume do bloco.

0,3 × 0,3 × 0,6 = 0,054 m³

Sabemos que a densidade do mármore é de 2700 kg/m³. Portanto, estamos procurando a massa do bloco usando a fórmula:

$$m=ρ V$$

Isso é 0,054 × 2700 = 145,8 kg. Portanto, o bloco de mármore que você deseja pesará cerca de 145,8 quilos.

As Densidades dos Líquidos

As Densidades dos Gases

Conhecer a densidade do monóxido de carbono pode vir a calhar num incêndio que produz monóxido de carbono, que é venenoso para os seres humanos. O monóxido de carbono é um pouco mais leve que o ar, por isso sobe até o topo da sala. Portanto, se você estiver na sala durante um incêndio, é melhor estar o mais baixo e próximo possível do chão.

As Densidades de Alimentos a Granel

Exemplo de cálculo

Você comprou um pacote de grãos de café pesando 900 gramas. Você tem um conveniente pote de café de 1,5 litro em casa. Todo este café caberá em um pote? Primeiro, vale a pena lembrar que um litro contém 1000 cm³. Portanto, temos um pote de 1500 cm³.

Calcule o volume de café usando sua massa e conhecimento de densidade.

$$V=\frac{m}{ρ}$$

O volume de café será igual a:

$$\frac{900}{0.43}= 2093,023255814\ cm³$$

O pote existente não é suficiente para todo o café que você comprou.

Densidades de Materiais de Construção a Granel:

O conceito de densidade a granel é usado para analisar materiais de construção a granel (areia, cascalho, argila expandida, etc.). Este indicador é essencial para calcular a utilização econômica de vários componentes da mistura de construção.

A densidade a granel é um valor variável. Sob certas condições, um material com o mesmo peso pode ocupar um volume diferente. Além disso, para um mesmo volume, a massa pode variar. Quanto mais rasas as partículas, mais densamente elas são dispostas em uma pilha. A areia tem a maior densidade aparente dos materiais de construção. Quanto maiores os grãos, mais vazios há entre eles. Além do tamanho, a forma dos grãos tem um papel importante. As partículas mais bem compactadas são as de forma regular.

Conhecer a densidade aparente é essencial quando você conhece o volume do poço ou vala que precisa ser preenchida, e você quer saber o peso do material que você precisa comprar para este fim. Saber a densidade também é útil quando se tem o material à venda em quilos, e você precisa saber seu volume. E informações sobre a densidade a granel também serão importantes se você quiser calcular corretamente o número de unidades de transporte necessárias para transportar o material adquirido.

Densidade média da matéria

Suponha que um corpo tem vazios ou é feito de substâncias diferentes (por exemplo, um navio, uma bola de futebol, uma pessoa). Nesse caso, falamos da densidade média do corpo. Ela também pode ser calculada usando a fórmula:

$$ρ=\frac{m}{V}$$

Por exemplo, a densidade média do corpo humano varia de 940-990 kg/m³ para uma inalação completa a 1010-1070 kg/m³ para uma exalação completa. A densidade do corpo humano é amplamente influenciada por parâmetros tais como a predominância de massa óssea, muscular ou de gordura no corpo humano.

Exemplos naturais interessantes de densidade

• O meio intergaláctico tem a menor densidade na natureza, designadamente 2×10⁻³¹kg/m³ para 5×10⁻³¹kg/m³.
• A densidade média do Sol é de cerca de 1.410 kg/m³, cerca de 1,4 vezes a densidade da água.
• A densidade do granito é de 2.600 kg/m³.
• A densidade média da Terra é de 5.520 kg/m³.
• A densidade do ferro é de 7.874 kg/m³.
• A densidade da prata é de 10.490 kg/m³.
• O ouro tem uma densidade de 19.320 kg/m³.
• As substâncias mais densas em condições padrão são o ósmio (22.600 kg/m³), o irídio (22 400 kg/m³) e a platina (21.500 kg/m³).
• A maior densidade no Universo está no buraco negro. A densidade média de um buraco negro depende de sua massa. Um buraco negro com uma massa na ordem da massa solar tem uma densidade de cerca de 10¹⁹ kg/m³, excedendo a densidade nuclear de 2 × 10¹⁷ kg/m³. E um buraco negro supermassivo com uma massa de 10⁹ massas solares tem uma densidade média de cerca de 20 kg/m³, muito inferior à densidade da água (1000 kg/m³).

Cálculo da densidade

Vários métodos são usados para medir a densidade dos materiais. Tais métodos incluem a utilização:

• hidrômetro (método de flutuação para líquidos),
• equilíbrio hidrostático (método de flutuação para líquidos e sólidos),
• método de corpo submerso (método de flutuabilidade para fluidos),
• picnômetro (para líquidos e sólidos),
• picnômetro de comparação do ar (para sólidos),
• densitômetro oscilante (para fluidos),
• preenchimento e liberação (para sólidos).

Você pode calcular a densidade de uma substância ou a densidade média de um objeto em casa medindo o volume e a massa dessa substância ou objeto.

Primeiro, determine a massa do objeto usando uma balança.

Em seguida, determine o volume medindo as dimensões ou colocando-o em um recipiente de medição. Este recipiente pode ser qualquer coisa, desde um copo de medição até uma garrafa de tamanho comum. Se um objeto tem uma forma complexa, você pode medir o volume de água que o objeto desloca.

Divida a massa pelo volume para calcular a densidade da substância ou objeto usando a fórmula:

$$ρ=\frac{m}{V}$$

O uso das propriedades de densidade na indústria

Uma aplicação conhecida de densidade é determinar se um objeto flutuará na água. Se a densidade de um objeto for menor que a densidade da água, ele flutuará; se sua densidade for menor que a densidade da água, ele afundará.

Os navios podem flutuar porque têm tanques de lastro que contêm ar. Estes tanques fornecem um grande volume de pequena massa, reduzindo a densidade do navio. A densidade média mais baixa, juntamente com a força flutuante que a água exerce sobre o navio, permite que o navio flutue.

O óleo flutua na superfície da água porque tem menos densidade do que a água. Embora os derramamentos de óleo sejam prejudiciais ao meio ambiente, a capacidade do óleo de flutuar torna mais fácil a limpeza.

O índice de densidade média reflete a condição física dos materiais. É por isso que o índice de densidade média determina como os materiais de construção se comportam sob condições reais quando expostos à umidade, temperaturas positivas e negativas e estresse mecânico.

O uso de materiais de baixa densidade na construção e na engenharia mecânica é benéfico do ponto de vista ambiental e econômico. Por exemplo, anteriormente, o corpo de aeronaves e foguetes era feito de alumínio e aço. No entanto, agora eles são fabricados com titânio menos denso e, portanto, mais leve. Isto economiza combustível e permite transportar mais carga.

As informações sobre a densidade da matéria também são cruciais para a agricultura. Se a densidade do solo é alta, ele não transmite bem o calor e no inverno, ele congela a uma grande profundidade. Quando arado, tal solo se desfaz em grandes blocos e as plantas não crescem bem.

Se a densidade do solo for baixa, a água passa rapidamente através do solo; ou seja, a umidade não é retida no solo. E a chuva intensa pode lavar a camada superior mais fértil do solo. Portanto, os agrônomos precisam conhecer a densidade do solo para obter uma boa colheita.

Histórico de medição de densidade lendária

A história da medição de densidade começa com a história de Arquimedes, a quem foi confiada a tarefa de determinar se um ourives fez um desvio de ouro ao fazer uma coroa para o Rei Hierão, o Segundo. O rei suspeitava que a coroa era feita de uma liga de ouro e prata. Naquela época, os cientistas sabiam que o ouro era cerca de duas vezes mais denso que a prata. Mas para verificar a composição da coroa, era necessário calcular seu volume.

A coroa podia ser espremida em um cubo, cujo volume podia ser facilmente calculado e comparado com a massa e, com base na densidade, determinar se era ouro. Mas o rei não aprovaria tal abordagem.

Pela elevação da água em sua entrada, Arquimedes notou que poderia calcular o volume da coroa de ouro pelo volume de água deslocada. Após esta descoberta, ele saltou da banheira e correu nu pelas ruas, gritando: "Eureka! Eureka!" Em grego, "Εύρηκα!" significava: "Eu a descobri".

Arquimedes calculou o volume de água deslocada pela coroa e o volume de água deslocada por uma barra de ouro da mesma massa que a coroa. Como resultado do experimento, a coroa deslocou mais água. Apurou-se que ela era feita de um material menos denso e mais leve do que o ouro puro. Como resultado, o joalheiro foi pego fraudando.

Isto resultou no termo "eureka", que se tornou popular e é usado para se referir a um momento de esclarecimento.