Capitolo Le grandezze

La densità

Prendiamo due bottiglie di latte da 1 L, cioè da 1 dm3.

Riempiamo una bottiglia con della sabbia e l’altra con della segatura. Osserviamo che la bottiglia di sabbia ha massa maggiore della bottiglia di segatura.
   

Lo stesso volume contiene una massa maggiore di sabbia che di segatura. Per descrivere questa proprietà definiamo una nuova grandezza, la densità.

La densità d di un corpo è uguale al rapporto tra la sua massa m e il suo volume V.

 

La densità della sabbia è quindi maggiore di quella della segatura. Infatti, a parità di volume (uguale denominatore), la massa della sabbia è maggiore (numeratore maggiore). Oppure, a parità di massa (uguale numeratore), il volume della sabbia è minore (numeratore minore):

la densità d è direttamente proporzionale alla massa m e inversamente proporzionale al volume V.

Visto che la densità è data dalla massa divisa per il volume, la sua unità di misura è data dall’unità di misura della massa (kg) divisa per l’unità di misura del volume (m3): in kilogrammi al metro cubo (kg/m3). Per esempio, dire che l’acqua ha una densità di 1000 kg/m3 significa che un metro cubo di acqua ha una massa di 1000 kg. 

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approfondimento

Con lo stesso volume la densità è grande se la massa è grande.

Esempio

1 cm3 di paglia ha meno massa di 1 cm3 di ferro. La densità della paglia è minore di quella del ferro: c’è meno massa nello stesso volume.

Sostanza (o miscuglio) Densità
Platino 21 500
Oro 19 300
Mercurio 13 590
Argento 10 500
Rame 8960
Ferro 7870
La Terra 5517
Alluminio 2960
Il Sole 1410
Glicerina 1280
Il corpo umano 1070
Acqua (a 4 °C) 1000
Olio d’oliva 920
Ghiaccio 917
Aria (livello mare) 1,29
Aria (altezza 20 km) 0,09
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esempio

Un secchio, che contiene un volume V = 5,35 L, è pieno di polvere di gesso. La massa del gesso contenuto nel secchio risulta essere m = 12,4 kg.

Calcola la densità d del gesso.
  • Per definizione un litro (1 L) equivale a un decimetro cubo (1 dm3); quindi vale l’equivalenza

    1 dm3 = 0,001 m3,

    per cui si ha

    V = 5,35 L = 5,35 dm3 = 0,00535 m3.
  • Ora possiamo sostituire i dati del problema nella formula precedente per calcolare la densità del gesso, che risulta:

    \[ {{d}}=\frac{{m}}{{V}}=\frac{{12,4}\,{\mathrm{kg}}}{{0,00535}\,{\mathrm{m}}^{3}}={\mathrm{2318}}\, \frac{\mathrm{kg}}{{\mathrm{m}}^{3}} .\]
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La densità

Equivalenze di densità

Talvolta la densità viene espressa in g/cm3. Dire che l’olio ha una densità di 0,92 g/cm3 significa che 1 cm3 di olio ha una massa di 0,92 g.

Come si passa dall’unità di misura g/cm3 a quella del Sistema Internazionale, cioè kg/m3? Come esempio, svolgiamo l’equivalenza per l’olio:

\[ {0,92}\,\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^{3}}={0,92}\times\frac{\frac{1}{\mathrm{1000}}\mathrm{kg}}{\frac{1}{{1}\:{\mathrm{000}} \:{\mathrm{000}}}{\mathrm{m}}^{3}}={0,92}\times\frac{{1}\:{\mathrm{000}}\:{\mathrm{000}}\, {\mathrm{kg}}}{{{1000}}\,{\mathrm{m}}^{3}}={\mathrm{920}}\frac{\mathrm{kg}}{{\mathrm{m}}^{3}}.\]

Quindi, nel Sistema Internazionale la densità dell’olio risulta 920 kg/m3.


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La densità

Le dimensioni delle grandezze fisiche

La lunghezza, la durata e la massa sono grandezze fondamentali del Sistema Internazionale. Il volume e la densità non sono grandezze fondamentali, ma grandezze derivate.

Le unità di misura delle grandezze derivate si ricavano dalle unità di misura delle altre grandezze che compaiono nella loro definizione. Per fare ciò si determinano le dimensioni fisiche delle grandezze in esame.

Per esempio, il volume ha le dimensioni fisiche di una lunghezza al cubo (e si scrive [V] = [l]3), la densità ha le dimensioni fisiche di una massa divisa per una lunghezza al cubo (e si scrive [d] = [m/l3] = [ml–3]).


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La densità

La concentrazione e le grandezze unitarie

Quando una sostanza è sciolta in un’altra (zucchero in acqua), per dire quanta di questa sostanza è contenuta nella soluzione, parliamo di concentrazione. Per esempio, se in una soluzione di 1 dm3 (1 litro) di acqua zuccherata sono stati sciolti 10 g di zucchero, la concentrazione dello zucchero è 10 g/dm3.

La concentrazione, come la densità, è una grandezza unitaria, perché dice quanti kg di una sostanza sono contenuti nell’unità di volume (1 m3) della soluzione: 7 kg/ m3 significa 7 kg di sostanza in 1 m3 di soluzione.

Molte sono le grandezze unitarie che incontriamo nella vita quotidiana. Per esempio, il prezzo della frutta dice quanti euro costa un’unità di massa (1 kg) di frutta: 2 €/kg, cioè due euro al kilogrammo.

Tutte le grandezze definite mediante un rapporto tra due altre grandezze sono grandezze unitarie. Lo è anche la velocità, che dice quanti kilometri sono percorsi nell’unità di tempo (1 h): 100 km/h, cioè 100 kilometri all’ora . 

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