Calcolo della densità dei solidi irregolari

IL densità è una quantità che mette in relazione la massa e il volume di un dato materiale.
È dato dalla formula: densità = pasta o d = m
volume v

L'unità di densità nel Sistema Internazionale è kg/m³, ma nei calcoli quotidiani vengono utilizzate anche le seguenti unità: g/cm³, g/ml e g/l.

Pertanto, quando si calcola la densità dell'acqua, ad esempio, è sufficiente posizionarla in un becher e misurarne il volume. Quindi pesiamo questo bicchiere con l'acqua e lo riduciamo della massa del bicchiere, scoprendo la massa dell'acqua. Quindi, basta dividerlo per il volume che occupa.

Per solidi regolari come un cubo, anche misurare la massa è facile, dato che lo metti su una scala. Il volume segue formule matematiche specifiche che devono solo essere calcolate. Ad esempio, nel caso di un cubo, basta moltiplicare la sua altezza per la sua lunghezza e larghezza per trovare il suo volume. Quindi lo abbiamo sostituito nella formula della densità.

Tuttavia, quando si tratta di solidi irregolari (che non hanno una forma geometrica definita), non esistono formule matematiche per calcolarne il volume. Quindi sorge spontanea la domanda:

come calcolare la densità dei solidi irregolari?

Il matematico greco Archimede si trovò di fronte a questa domanda nel III secolo a.C.. La storia narra che il re gli ordinò di scoprire se la sua corona fosse davvero d'oro. Archimede sapeva che bastava confrontare semplicemente la densità della corona con la densità dell'oro, poiché la densità è una proprietà intensiva, cioè non dipende dalla quantità del campione. La densità di un cubetto di ghiaccio, per esempio, è esattamente la stessa di a iceberg. Ma il problema era determinare il volume e, di conseguenza, la densità della corona, poiché non aveva una forma regolare.

Un giorno, entrando in una vasca da bagno per fare la doccia, Archimede si accorse che il livello dell'acqua si stava alzando. In quel momento ebbe un'idea geniale ed era così eccitato che corse nudo per le strade e gridando la famosa parola:Eureka!

Non fermarti ora... C'è dell'altro dopo la pubblicità ;)

Illustrazione di Archimede e la sua scoperta

Così è stato scoperto il Principio di Archimede, che viene utilizzato per misurare il volume dei solidi irregolari. Questo principio suggerisce quanto segue: misuriamo una certa quantità di acqua in un becher, quindi aggiungiamo il solido irregolare e osserviamo la variazione di volume che l'acqua ha subito, e il gioco è fatto: questa variazione del volume dell'acqua è esattamente il volume del solido!

Il principio di Archimede viene utilizzato per misurare il volume dei solidi irregolari

Se diventa più facile, invece di cercare semplicemente nella misurazione del bicchiere la variazione di volume, puoi usare un tubo di straripamento, che ha una parte che permette all'acqua di defluire dal cilindro quando viene aggiunto l'oggetto irregolare. L'acqua in uscita viene misurata separatamente.

Si noti nella figura sopra che Archimede misurò il volume di una barra di oro puro che aveva la stessa massa della corona e ne calcolava la densità (19,3 g/mL o g/cm³) e fece lo stesso con la corona. Si noti che il volume dell'acqua e quindi il volume della corona e del lingotto d'oro non erano gli stessi. Ciò significava che, in realtà, la corona non era oro puro, era in realtà un lega.

Ancora oggi questo metodo viene utilizzato per identificare materiali preziosi come i gioielli. Se la densità di un gioiello realizzato con una lega metallica è superiore a 14g/mL, ciò indica che è un pezzo d'oro di almeno 18 carati, composto da circa il 75% d'oro, il 13% d'argento e il 12% rame.

*Immagine con copyright: neftali / Shutterstock.com.

di Jennifer Fogaça
Laureato in Chimica

Vorresti fare riferimento a questo testo in un lavoro scolastico o accademico? Guarda:

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. "Calcolo della densità di solidi irregolari"; Brasile Scuola. Disponibile in: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/calculo-densidade-solidos-irregulares.htm. Consultato il 27 giugno 2021.