Proprietà della sostanza
Per una sostanza omogenea, nelle stesse condizioni, la densità non dipende dalla quantità considerata: una goccia d'acqua e una quantità maggiore della stessa acqua hanno la stessa densità.
La Densità
Una scheda interattiva per capire perché oggetti dello stesso volume possono avere masse molto diverse e come si descrive questa differenza.
OsservazioneStesso volume, masse diverse
Immagina due cubetti perfettamente uguali per forma e dimensioni: uno di legno e uno di ferro. Occupano lo stesso spazio, cioè hanno lo stesso volume. Eppure, confrontandoli, ti accorgi subito che il cubetto di ferro ha una massa maggiore.
Pesa di più un chilo di ferro o un chilo di piume?
È un vecchio tranello. Nel linguaggio comune si dice spesso «pesa un chilo», ma il chilogrammo misura la massa: ferro e piume hanno quindi la stessa massa, 1 kg. Quello che cambia è il volume occupato: le piume occupano molto più spazio del ferro.
DomandaDal fenomeno alla misura
Né la massa né il volume, presi da soli, bastano a distinguere il ferro dal legno: esistono blocchi di ferro piccoli e leggeri e tronchi di legno grandi e pesanti.
Esiste una grandezza caratteristica del materiale che, nelle stesse condizioni, non dipende dalla quantità considerata?
Per rispondere mettiamo dei blocchi su una bilancia e misuriamo.
EsperimentoBlocchi sulla bilancia
Scegli un materiale, regola il volume del blocco e leggi la massa sulla bilancia. Poi registra la misura nella tabella.
Materiale
Volume del blocco: 50 cm³
Volume V50 cm³
Massa m25 g
| Materiale | Volume V (cm³) | Massa m (g) | m / V (g/cm³) |
|---|---|---|---|
| Nessuna misura registrata. | |||
Prima prova
Tieni fisso il volume e cambia il materiale, registrando ogni volta la misura. Come cambia la massa?
Seconda prova
Tieni fisso il materiale e cambia il volume: registra almeno tre misure. Che cosa noti nell'ultima colonna?
ConclusioneChe cosa abbiamo scoperto
Per uno stesso materiale, nelle stesse condizioni, se il volume raddoppia raddoppia anche la massa; se triplica, triplica: massa e volume sono direttamente proporzionali.
Il rapporto tra massa e volume non cambia.
Qualunque blocco omogeneo dello stesso materiale si scelga, grande o piccolo, nelle stesse condizioni il rapporto tra massa e volume resta costante. Cambiando materiale, quel valore cambia. Abbiamo trovato la grandezza che cercavamo.
Che cos'è la densità?
Idea chiaveQuanta massa c'è in ogni unità di volume
La densità di una sostanza è il rapporto tra la massa di un suo campione e il volume che quel campione occupa. Indica quanta massa corrisponde a ogni unità di volume.
Definizione
d = m / V
d densità, m massa, V volume.
In molti testi la densità è indicata con la lettera greca ρ (rho).
In molti testi la densità è indicata con la lettera greca ρ (rho).
Grandezza derivata
Si ricava da due grandezze, la massa e il volume. Di solito non si misura direttamente: si calcola.
A parità di volume
Tra due oggetti che occupano lo stesso spazio, ha massa maggiore quello fatto della sostanza più densa.
A parità di massa
Tra due oggetti con la stessa massa, occupa meno spazio quello fatto della sostanza più densa.
In quali unità si misura la densità?
L'unità di misura si ricava dalla definizione: è l'unità della massa divisa per l'unità del volume. Nel Sistema Internazionale è il chilogrammo al metro cubo. In laboratorio, dove i campioni sono piccoli, è più comodo il grammo al centimetro cubo.
Sistema Internazionale
kg/m³
La massa di 1 m³ di sostanza, espressa in chilogrammi.
In laboratorio
g/cm³
La massa di 1 cm³ di sostanza, espressa in grammi.
1 g/cm³ = 1000 kg/m³
In un metro cubo ci sono 1 000 000 di centimetri cubi. Se ciascuno ha massa 1 g, il metro cubo ha massa 1 000 000 g, cioè 1000 kg. Per passare da g/cm³ a kg/m³ si moltiplica per 1000; per il passaggio inverso si divide per 1000.
Un riferimento utile: a 4 °C l'acqua ha densità circa 1,00 g/cm³, cioè circa 1000 kg/m³. Per questo 1 litro d'acqua (1 dm³) ha massa circa 1 kg.
La densità di alcune sostanze
Ogni sostanza ha una densità caratteristica: per questo la densità può aiutare a riconoscere di che cosa è fatto un oggetto. I valori sono indicativi e riferiti a temperatura ambiente, salvo diversa indicazione.
| Sostanza | Densità (kg/m³) | Densità (g/cm³) |
|---|---|---|
| Aria (0 °C, pressione atmosferica) | 1,29 | 0,00129 |
| Legno di abete | 500 | 0,50 |
| Ghiaccio (0 °C) | 920 | 0,92 |
| Olio d'oliva | 920 | 0,92 |
| Acqua (4 °C) | 1000 | 1,00 |
| Alluminio | 2700 | 2,70 |
| Ferro | 7870 | 7,87 |
| Rame | 8960 | 8,96 |
| Piombo | 11 340 | 11,34 |
| Mercurio | 13 600 | 13,6 |
| Oro | 19 300 | 19,3 |
La densità dipende anche dalle condizioni
Quasi tutte le sostanze, scaldandosi, si dilatano: la massa resta la stessa, il volume aumenta e quindi la densità diminuisce. Nei gas la densità dipende fortemente anche dalla pressione. Per questo, quando serve precisione, insieme al valore della densità si specificano le condizioni in cui è stato misurato.
Usare la densità per trovare massa e volume
Se conosciamo la densità del materiale di cui è fatto un oggetto, massa e volume sono collegati: conoscendo una delle due grandezze possiamo ricavare l'altra.
Trovare la massa: m = d × V
Ogni unità di volume contiene una massa pari a d: basta moltiplicare per il numero di unità di volume.
Un blocco di alluminio di 200 cm³: m = 2,70 g/cm³ × 200 cm³ = 540 g
Trovare il volume: V = m / d
Ci si chiede quante unità di volume servono per raggiungere la massa data.
Un oggetto di ferro di 787 g: V = 787 g : 7,87 g/cm³ = 100 cm³
Attenzione alle unità: massa, volume e densità devono essere coerenti tra loro. Con la densità in g/cm³ si usano grammi e centimetri cubi; con la densità in kg/m³ si usano chilogrammi e metri cubi.
Mettiti alla provaHai capito la densità?
Scegli la risposta che ritieni corretta: dopo ogni risposta trovi la spiegazione.
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