Densidade

Mestre em Oceanografia Física (USP, 2019)
Graduada em Física (UFABC, 2016)

Publicado em 11/02/2022
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Ao observarmos uma piscina, podemos ver que, colocando objetos nela, alguns afundam e outros flutuam. Isso acontece por causa da densidade.

De maneira geral, podemos dizer que a densidade é a razão entre a massa de um material e o seu volume ocupado, em uma dada temperatura e pressão. Matematicamente isso pode ser expresso como:

Onde d é a densidade (Unidades do SI: [kg/m³], [g/cm³] ou [g/L]), m é a massa do objeto (Unidades do SI:[kg]) e V é o volume (Unidade do SI: [m³]).

A densidade é uma propriedade específica de cada material, podendo ser determinada para líquidos, sólidos ou gases.

Como já mencionado acima, a densidade varia com a temperatura e com a pressão. Vejamos por que:

  • Quando a temperatura aumenta a agitação das partículas do corpo aumenta, causando dilatação do corpo, aumentando seu volume e, por consequência, diminuindo a densidade. Por exemplo, a gasolina, a 0°C sua densidade varia entre 0,7367 – 0,7745 g/L e com 50°C sua densidade está entre 0,6950 – 0,7370 g/L.
  • Quando a pressão cai, diminuímos a força aplicada sobre as partículas e, por consequência, diminuímos a interação entre elas, causando diminuição do volume e, por consequência, o aumento da densidade. Por exemplo, a uma temperatura de 30°F, a densidade do ar 0,109 quando a pressão é 5psi e 0,633 quando a pressão é 100 psi.

Exemplo:

1) Em condições normais, a densidade do mercúrio é de aproximadamente 13 g/cm³. A massa desse metal necessária para preencher um recipiente de meio litro é:

Solução:

Do enunciado temos que: dmercúrio = 13g/cm³ e V = 0,5L = 500 mL = 500 cm³. Utilizando essas informações na equação da densidade, temos que:

ou

2) (FMU-Adaptado) Um vidro contém 200 cm3 de mercúrio de densidade 13,6 g/cm3. A massa de mercúrio contido no vidro é?

Solução:

ou

Flutua ou não flutua?

Quando colocados em fluidos, como a água, alguns objetos podem ou não flutuar e, como já dito acima, isso ocorre devido a densidade. Mas como isso ocorre? Vejamos abaixo:

  • Flutua: quando o material é menos denso que o fluido ele flutua. É o caso de um pedaço de isopor (d = 0,4 g/cm³) num copo de água a temperatura ambiente (d = 1g/cm³).
  • Afunda: quando o material é mais denso que o do fluido ele afunda. É o caso do gelo (d = 0,92 g/cm³) em um copo de bebida/álcool (d = 0,79 g/cm³).

Outro caso interessante é do gelo (d = 0,92 g/cm³) na água a temperatura ambiente (d = 1g/cm³). Apesar de ele ser menos denso ele flutua por completo. Isso ocorre devido a massa: comparando as densidades dos dois vemos que é necessário 92% do volume do gelo para igualar a massa de água que ele desloca, ou seja, 92% do gelo afunda e 8% fica na superfície, como ocorre com um iceberg.

A densidade também é afetada por misturas. Por exemplo, ao misturarmos água a temperatura ambiente e sal a densidade do fluido muda e, se colocássemos um ovo nessa água ele flutuaria. É a mesma coisa que ocorre no mar morto (água + sal → d = 1,35g/cm³) uma pessoa flutua.

Exemplos

1) Três líquidos (água, benzeno e clorofórmio) foram colocados numa proveta. A seguir temos uma tabela com as densidades de cada líquido. Baseando-se nessas informações e em seus conhecimentos sobre densidade, responda, qual o ordem que eles irão aparecer na proveta?

Substância Densidade (g/cm³)
Água 1,0
Benzeno 0,9
Clorofórmio 1,53

Solução:

Como os líquidos densos ficam mais para o fundo, teremos o clorofórmio no fundo, seguido pela água no centro e pelo benzeno no topo.

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