La densidad

1. Introducción

En el presente trabajo hablaremos sobre el tema de la densidad que es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia o un objeto sólido y sus unidades más comunes, en la cual la llevaremos a cabo mediante la experimentación con diferentes líquidos como lo son la leche, el pulque, la miel, entre otros, con el objetivo de calcular su densidad, con la fórmula de ρ=m/v. Además, daremos a conocer acerca de su historia, conceptos, representación, formula, entre otros aspectos sobresalientes de la temática.

Se va a describir el procedimiento experimental paso a paso, así como los cálculos necesarios para obtener finalmente la densidad del líquido ensayado.

A nosotros nos interesó este tema porque cada sustancia tiene una diferente densidad, unas más altas y otras bajas, a lo mejor si se puede deducir cual tiene más o menos a simple vista por su apariencia, pero siempre se va a necesitar cálculos, que es lo que nosotros haremos, del mismo modo aprenderemos a utilizar mejor la formula y aplicarla.

1. Objetivo general

Observar y analizar las distintas densidades que contienen ciertos líquidos, los cuales vamos a utilizar para realizar los cálculos.

En la actualidad en la vida cotidiana utilizamos distintos líquidos, algo muy interesante sería realizar la investigación para saber qué es lo que ocurre al mezclar ciertos líquidos, pero la pregunta es ¿por qué algunos no se unen?

1. Objetivos específicos

1. Determinar el valor de la densidad de ciertos líquidos, sacando su masa y el volumen para así poder realizar las conversiones a las unidades de medida correspondientes.

2. Distinguir si las 5 densidades son absolutas o relativas con base a los cálculos obtenidos.

1. Hipótesis

1. Si damos a conocer la densidad de los líquidos, sabremos por qué ciertas combinaciones de líquidos no logran unirse.

2. Si la densidad de un líquido es menor, al mezclar la con otra de mayor densidad flotara.

1. Historia de la magnitud de la densidad

De acuerdo a “De Architectura de Vitrubio”, arquitecto de la antigua Roma, una nueva corona con forma de corona triunfal había sido fabricada para Hierón II, tirano gobernador de Siracusa, el cual le pidió a Arquímedes determinar si la corona estaba hecha de oro sólido o si un orfebre deshonesto le había agregado plata. 
Arquímedes sabía que la corona, de forma irregular, podría ser aplastada o fundida en un cubo cuyo volumen se puede calcular fácilmente comparado con la masa. [pic 1]

 Pero el rey no estaba de acuerdo con estos métodos, pues habrían supuesto la destrucción de la corona.
Desconcertado, Arquímedes se dio un relajante baño de inmersión, y observando la subida del agua caliente cuando él entraba en ella, descubrió que podía calcular el volumen de la corona de oro mediante el desplazamiento del agua. Tuvo una epifanía (una relevación), se dio cuenta que la cantidad de agua que se derramaba era igual en volumen que el espacio que ocupaba su cuerpo. De repente este hecho le dio el método para diferenciar una corona de oro y plata de una corona de puro oro. Ya que la medida de la plata ocupa más espacio que el equivalente de la medida de oro. ¡Estaba tan entusiasmado con su descubrimiento que corrió desnudo por las calles de Grecia gritando Eureka! Eureka! (¡(¡Εύρηκα! en griego, que significa: "Lo encontré") 
Arquímedes puso la corona del orfebre y una corona equivalente de puro oro en dos tubos de agua. Encontró que se derramaba más agua del tubo cuando la corona del artesano estaba adentro. Resulta que el orfebre había estado defraudando al Rey. 

Arquímedes había usado el concepto de densidad para exponer este fraude. La densidad es una propiedad física de la materia que describe el grado de compacidad de una substancia. La densidad describe cuán unidos están los átomos de un elemento o las moléculas de un compuesto. Mientras más unidas están las partículas individuales de una substancia, más densa es la substancia. Puesto que las diferentes substancias tienen densidades diferentes, la medida de la densidad es una vía útil para identificar las substancias.

La historia de la corona dorada no aparece en los trabajos conocidos de Arquímedes, pero en su tratado Sobre los cuerpos flotantes él da el principio de hidrostática conocido como el principio de Arquímedes. Este plantea que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desalojado es decir dos cuerpos que se sumergen en una superficie (ejemplo: agua), y el más denso o el que tenga compuestos más pesados se sumerge más rápido, es decir, tarda menos tiempo, aunque es igual la distancia por la cantidad de volumen que tenga cada cuerpo sumergido.

1. ¿Qué es la densidad?

 La densidad es la cualidad de lo denso, o la acumulación de gran cantidad de elementos o individuos en un espacio determinado.[pic 2]

Es una propiedad física característica de cualquier materia. Es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo (m/v); es decir, es la cantidad de materia (masa) que tiene un cuerpo en una unidad de volumen. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico, pero por razones prácticas se utiliza normalmente el gramo por centímetro cúbico.

1. Propiedades características de la densidad

Las propiedades características o intensivas son aquellas que no dependen de la cantidad de materia que esta contenga, sino de las propiedades que estas presenten. Son las propiedades ideales para identificar y clasificar sustancias puras ya que son independientes del tamaño, forma o volumen que presente dicho material.

Alude a la relación que existe entre la masa de una sustancia (o de un cuerpo) y su volumen. Se trata, pues, de una propiedad intrínseca, ya que no depende de la cantidad de sustancia que se considere

1. Tipos de densidad

Existen dos tipos principales de densidades, como son la absoluta y densidad relativa. Vamos a ver en que consiste cada una y cuál es su formulación.

8.1 DENSIDAD ABSOLUTA O DENSIDAD

Es la relación entre la masa y el volumen, corresponde a todo lo expuesto anteriormente. El resultado de dividir la masa entre el volumen se mide en kg/m³ ó gr/cm³.

[pic 3][pic 4]

8.2 DENSIDAD RELATIVA

La densidad relativa es la relación entre la densidad de la sustancia y la densidad de la sustancia de referencia (el agua se toma como referencia). Es una cantidad sin dimensiones, por el cociente. Cuando decimos que un cuerpo tiene una densidad de 5, lo que significa que tiene una densidad cinco veces la del agua (para sólidos y líquidos). 

8.3 DENSIDAD MEDIA Y DENSIDAD PUNTUAL

Para un sistema homogéneo, la expresión masa/volumen puede aplicarse en cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado.

Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. En este caso, hay que medir la "densidad media", dividiendo la masa del objeto por su volumen o la "densidad puntual" que será distinta en cada punto, posición o porción "infinitesimal" del sistema, y que vendrá definida por:

[pic 5]

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que las hipótesis de la mecánica de medios continuos solo son válidas hasta escalas de 10-8m, ya que a escalas atómicas la densidad no está bien definida. Por ejemplo, el tamaño del núcleo atómico es aproximadamente de 10-13m y en él se concentra la inmensa mayor parte de la masa atómica, por lo que su densidad (2,3·1017 kg/m3) es muy superior a la de la materia ordinaria. Es decir, a escala atómica la densidad dista mucho de ser uniforme, ya que los átomos están esencialmente vacíos, con prácticamente toda la masa concentrada en el núcleo atómico.

8.4 DENSIDAD APARENTE

La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales de constitución heterogénea, y entre ellos, los porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia, de forma que la densidad total de un volumen del material es menor que la densidad del material poroso si se compactase. En el caso de un material mezclado con aire se tiene:

[pic 6]

La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación. La densidad aparente del suelo se obtiene secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105 °C hasta peso constante.

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