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Resumen

Factores que afectan la densidad

Densidad del agua

Densidad del agua salada

Densidad del aire

Cálculo de la densidad

Desplazamiento del volumen

Sustancias con vacíos

Densidad de sustancias comunes

Agujeros negros

Resumen

La densidad indica cuánto de la masa de una sustancia cabe en un volumen dado. En el SI se mide como kg/m³, pero también se usan medidas alternativas, como por ejemplo g/cm³ y kg/L. En la vida cotidiana las unidades equivalentes de g/cm³ y g/mL son las más comúnmente usadas.

Factores que afectan la densidad

La densidad varía para las sustancias dependiendo de su temperatura y presión. La presión más alta hace que las moléculas de la sustancia se compacten más densamente dentro del mismo volumen, aumentando la densidad. Por su parte, el aumento de la temperatura generalmente hace que las moléculas se separen más, disminuyendo así la densidad. Sin embargo, este no es siempre el caso. Por ejemplo, la densidad del hielo es menor que la del agua. Cuando la mayoría de los demás líquidos se solidifican, el espacio entre las moléculas disminuye. Cuando las moléculas del agua se congelan, los enlaces entre las moléculas cambian de intensidad y forman un cristal. El espacio entre las moléculas aumenta, el volumen del agua se expande y la densidad disminuye. El volumen expandido del hielo es la razón por la que el agua que se congela en los tubos de la casa en invierno puede hacer que estallen.

Hielo que flota en el “límite” entre el menos denso alcohol isopropílico, con coloración azul y el agua clara.

Densidad del agua

Cuando los materiales tienen una densidad mayor que la del agua, se hunden. Al contrario, los materiales con una densidad menor flotan. Un buen ejemplo es el hielo que flota en un vaso de agua. Esta propiedad se usa con frecuencia en la vida cotidiana. En la mayoría de los casos, los objetos huecos, hechos de materiales más densos que el agua por razones estructurales, contienen aire, que es menos denso que el agua. Esto permite que la embarcación flote, siempre que lleve suficiente aire en el interior de la cavidad. En la pesca, el peso se hace con materiales de alta densidad como los metales, para asegurar que el anzuelo se hunda en el agua, en lugar de que flote en la superficie, especialmente cuando la carnada es de baja densidad y no se hunde bien.

La grasa tiene menor densidad que el agua y esto facilita remover la grasa de las sopas, especialmente cuando se enfrían en el refrigerador para solidificar la grasa, y los áspics, como el de la imagen. Reproducción con el permiso del autor.

El aceite es menos denso que el agua, por lo tanto flota. Esta propiedad del aceite permite que las limpiezas sean más fáciles cuando se trata de derrames de petróleo que ocurren frecuentemente en el océano y dañan el ecosistema marino. La tendencia del aceite y la grasa de flotar sobre el agua también ayuda al cocinar; podemos retirar la grasa que flota en nuestra sopa, por ejemplo, para reducir el porcentaje de grasa y las calorías del plato. Esto es especialmente fácil si refrigeramos la sopa hasta que la grasa se solidifique. Esto también es fácil de hacer en los áspics.

Al preparar cócteles u otras bebidas similares, los ingredientes se pueden elegir con base en su densidad para crear capas. Para hacer capas, se vierte lentamente un líquido de menor densidad sobre los líquidos de mayor densidad. Uno también puede utilizar un mezclador de vidrio como guía para el líquido (no para mezclar). Si se hace con cuidad, esta técnica evitará la mezcla y creará una bebida con capas de colores. También es posible hacer esto cuando se prepara gelatina o áspics, aunque, si lo permite el tiempo, es más fácil refrigerar cada capa por separado y después verter la siguiente capa sobre ella.

Un tomate cereza está suspendido en el “límite” entre el agua salada más densa del fondo, coloreada en rosado, y el agua dulce menos fresca en la parte superior. La densidad del tomate es menor que la del agua salada, pero mayor que la densidad del agua dulce; por eso está suspendido en la mitad.

Sin embargo, esto puede no ser deseable en algunos casos. Por ejemplo, cuando las sustancias que contienen grasa no se mezclan bien con el agua, se pueden separar, como en un batido que no ha sido mezclado adecuadamente, lo que hace menos deseables la apariencia y el sabor del alimento.

Densidad del agua salada

Un tomate cereza está suspendido en el “límite” entre el agua salada más densa del fondo, coloreada en rosado, y el agua dulce menos fresca en la parte superior. La densidad del tomate es menor que la del agua salada, pero mayor que la densidad del agua dulce; por eso está suspendido en la mitad.

La densidad del agua cambia con el cambio en la concentración de otras sustancias mezcladas con el agua. El agua en la naturaleza no siempre se encuentra en su forma pura de H2O, pero generalmente está mezclada con otras sustancias como la sal. El agua del océano es un buen ejemplo. Por ejemplo, el agua salada en los océanos tiene una densidad mayor que la del agua dulce, lo que significa que el agua con menos sal flota en el agua salada. Claro que se dificultad ver eso con solo agua, pero podemos observar esta propiedad cuando tratamos de flotar en agua salada. El 45 % al 75 % de nuestro cuerpo es agua, con mayor porcentaje en los niños y menor porcentaje en los individuos mayores y obesos. También tenemos al menos un 5 por ciento de masa corporal compuesta de grasa. Este dato es para atletas muy delgados; la mayoría de nosotros tenemos al menos 10 por ciento de grasa, aunque generalmente hasta el 20 en la mayoría de individuos saludables, y 25 por ciento o más en individuos con sobrepeso y obesos.

Cuando tratamos de flotar en agua salada y después en agua dulce, notaremos la diferencia: nuestro cuerpo flotará con más facilidad en el agua salada. El Mar Muerto es famoso por tener la concentración de la sal cerca de 7 veces mayor que la de los océanos del mundo, lo que permite que las personas floten en él sin hundirse. Aunque las personas no pueden hundirse por debajo de la superficie del agua, de todas formas debe tenerse cuidado al flotar en el Mar Muerto. Tragar agua con tan alto contenido de sal causa una quemadura química que, en casos severos, debe ser tratada en el hospital.

Densidad del aire

Este globo de aire caliente flota en el aire porque la densidad del aire caliente en su interior tiene una densidad menor que la del aire circundante. Antigua ciudad maya de Teotihuacán, México.

Como con el agua, los objetos que tienen menor densidad que el aire flotan. Por ejemplo, la densidad del helio es 0,000178 g/cm³, comparada con 0,001293 g/cm³ del aire. Debido a que la densidad del helio es menor, flota en el aire, como lo podemos ver al llenar un globo con helio y verlo elevarse.

A medida que sube la temperatura del aire, su densidad disminuye. Esto es lo que hace posibles los viajes en globo. El globo de aire caliente en el sitio arqueológico de la antigua ciudad maya de Teotihuacán en México se eleva porque el aire en su interior se calienta por encima de la temperatura del aire circundante, lo que en consecuencia disminuye la densidad al interior del globo. A medida que los globos flotan sobre las pirámides, el aire frío de la mañana enfría el aire al interior de ellos, y el operador tiene que usar el calentador para mantener el aire caliente dentro del globo.

Cálculo de la densidad

Hay valores de densidad ya calculados para muchas sustancias bajo las condiciones estándar para temperatura y presión, que son 0 °C y 100 kPa. Sin embargo, algunas veces querremos calcular la densidad manualmente, especialmente si los cálculos no se hacen bajo las condiciones estándar. Para hacerlo podemos dividir la masa por el volumen, y debemos conocer estos valores para la sustancia. Podemos medir la masa utilizando una balanza. El volumen se puede calcular con base en la forma geométrica del objeto para sólidos simples, y utilizando dispositivos como una taza para medir u otros recipientes de medición para líquidos y gases. Si la forma del sólido es demasiado compleja para los cálculos basados en la geometría, podemos encontrar su volumen utilizando el método de desplazamiento del volumen.

Desplazamiento del volumen

Podemos hacer estos cálculos para objetos de formas complejas vertiendo agua en una taza para medir o en un recipiente similar y medir esta cantidad inicial de agua. Después sumergimos nuestro objeto de forma irregular completamente debajo del agua y medimos la cantidad de agua que se ha desplazado. El volumen desplazado equivale al volumen del objeto sumergido, una observación que supuestamente formuló Arquímedes. Solo es posible utilizar este método con objetos que no absorben agua o que no se pueden dañar con agua. No lo utilizaríamos para medir el volumen de una cámara o de una prenda de vestir, por ejemplo.

Según la leyenda, cuya veracidad es discutible, el rey Hiero II de Siracusa le dio a Arquímedes la tarea de verificar si la corona que le había encargado al orfebre estaba hecha de oro. El rey sospechaba que el orfebre había cambiado el oro que le había dado por una aleación más barata, beneficiándose con la diferencia. Arquímedes pudo determinar esto calculando la densidad de la corona y comparándola con la densidad del oro, que para la época ya se conocía. Derretir la corona no era una posibilidad, por lo tanto tenía que encontrar una forma de calcular el volumen sin alterar su forma. Dice la leyenda que estuvo dándole vueltas al problema, y se le ocurrió una solución cuando se dio un baño y se sumergió en el agua de la tina. De repente se dio cuenta de que podía medir el volumen de cualquier objeto al medir cuánta agua desplaza ese objeto cuando esté completamente sumergido.

Sustancias con vacíos

Algunas sustancias que se encuentran en la naturaleza o que son fabricadas por el hombre, pueden ser huecas por dentro o son similares a los líquidos en sus propiedades, pero consisten de partículas que son lo suficientemente grandes para permitir que haya vacíos entre ellas, incluso si la sustancia está comprimida densamente. Algunos ejemplos de esto incluyen la arena, la sal, el harina, los granos, la nieve y la grava. El espacio vacío puede estar lleno con aire, agua u otras sustancias. También puede estar vacío, caso en el cual hay un vacío en el espacio entre las partículas. Los cálculos de la densidad para esas sustancias pueden hacerse en bruto, incluyendo el vacío, o calculando geométricamente el volumen del espacio vacío y restándolo del volumen total, si las partículas tienen una forma relativamente uniforme.

Existen algunas sustancias que pueden estar comprimidas de forma más suelta o más compacta, y que tienen más o menos espacio entre las partículas, según cómo hayan sido vertidas o empacadas para llegar a su estado actual. Esto hace que los cálculos de la densidad sea más difícil para ellos, porque es más complicado calcular el volumen vacío.

Densidad de sustancias comunes

MaterialDensidad, g/cm³
Líquidos
Agua a 20 °C0,998
Agua a 4 °C1,000
Gasolina0,700
Leche1,03
Mercurio13,6
Sólidos
Hielo a 0°C0,917
Magnesio1,738
Aluminio2,7
Hierro7,874
Cobre8,96
Plomo11,34
Uranio19,10
Oro19,30
Platino21,45
Osmio22,59
Gases a temperatura y presión estándar
Hidrógeno0,00009
Helio0,00018
Monóxido de carbono0,00125
Nitrógeno0,001251
Aire0,001293
Dióxido de carbono0,001977

Densidad y masa

Los materiales compuestos remplazan los componentes de metal en los aviones porque tienen propiedades físicas deseables, que incluyen bajo peso y alta elasticidad. Las hélices de este Bombardier Q400 son en su totalidad de material compuesto.

En algunas industrias, por ejemplo en la aeronáutica, es de suma importancia usar materiales que sean lo más livianos posibles. Para el mismo volumen, cuanto más baja sea la densidad del material, menor será su masa. Cuando se debe mantener baja la masa, se utilizan materiales con baja densidad. Por ejemplo, la densidad del aluminio es aproximadamente 2,7 g/cm³, mientras la densidad del acero varía entre 7,75 a 8,05 g/cm³. Por esto se usa aluminio y sus aleaciones para cerca del 80 % de la estructura de la aeronave.

Los materiales compuestos remplazan los componentes de metal en los aviones porque tienen propiedades físicas deseables, que incluyen bajo peso y alta elasticidad. Las hélices de este Bombardier Q400 son en su totalidad de material compuesto.

Dibujo conceptual de un agujero negro por la NASA.

Agujeros negros

Al contrario, a medida que aumenta la masa, igual lo hace la densidad. Los agujeros negros son un ejemplo de cuerpos con una densidad muy alta porque su masa es sumamente grande mientras el volumen es insignificantemente pequeño. Esas condiciones crean un cuerpo astronómico que absorbe la luz y otros objetos, ondas y partículas que están a una distancia suficientemente cercana; los más grandes de estos se conocen como agujeros negros súper masivos.

Referencias

Este artículo fue escrito por Kateryna Yuri.

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Mecánica

La mecánica es la rama de la física que estudia el comportamiento de los cuerpos físicos cuando están sometidos a fuerzas o desplazamientos, y los efectos posteriores de los cuerpos sobre su entorno.

Calculadora de Equivalencias de Densidad

La densidad de masa o densidad de un objeto es un valor escalar, que es igual a su masa por unidad de volumen. En otras palabras, la densidad es la medida del “peso” relativo de diferentes objetos que tienen un volumen constante.

Las unidades del SI para la densidad son los kilogramos por metro cúbico (kg/m³).

Utilización del Calculadora de Equivalencias de Densidad Conversor

Esta calculadora de equivalencia de unidades en línea permite la conversión rápida y exacta entre muchas unidades de medida, de un sistema a otro. La página de conversión de unidades proporciona una solución para los ingenieros, los traductores y para cualquier persona cuyas actividades requieran trabajar con cantidades medidas en diferentes unidades.

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Nota: Los enteros (números sin punto decimal ni exponente de notación) se consideran precisos hasta de 15 dígitos y el número máximo de dígitos después del punto decimal es 10.

En esta calculadora, la notación E se utiliza para representar los números que son demasiado pequeños o demasiado grandes. La notación E es un formato alternativo de la notación científica a · 10x.Por ejemplo: 1.103.000 = 1.103 · 106 = 1.103E+6. Aquí la E (de exponente) representa "· 10^ ", que es" elevado diez veces a la potencia de". La notación E se utiliza comúnmente en calculadoras y por científicos, ingenieros y matemáticos.

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Author: Fr. Dewey Fisher

Last Updated: 12/30/2022

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