Qual é a definição de densidade e sua unidade SI?
Densidade é a massa de uma substância por unidade de volume, símbolo ρ (letra grega rô), fórmula de definição ρ=m/V, que é massa dividida por volume. A unidade SI é kg/m³ (quilograma por metro cúbico). A 4°C a densidade da água pura é de aproximadamente 1000 kg/m³ = 1 g/cm³ = 1 kg/dm³, que é um valor de referência fácil de lembrar. A densidade é uma propriedade intrínseca da matéria e pode ser usada para identificação de substâncias, cálculos de flutuabilidade, análise de mecânica dos fluidos, etc.
Qual é a relação entre g/cm³, kg/dm³, kg/L? Qual é sua relação com a água?
1 g/cm³ = 1 kg/dm³ = 1 kg/L = 1000 kg/m³, essas unidades têm valores numéricos iguais, todos iguais à densidade da água pura a 4°C. Isso porque 1 cm³ = 1 mL = 1 cc = 10⁻⁶ m³, 1 dm³ = 1 L = 0,001 m³. Portanto a densidade da água expressa em diferentes unidades dá exatamente: 1000 kg/m³, 1 g/cm³, 1 kg/dm³, 1 kg/L, muito conveniente de lembrar.
Por que g/cm³ são comumente usados em manuais de engenharia e materiais?
O intervalo numérico de g/cm³ cobre exatamente as densidades comuns de sólidos e líquidos: água 1,0, álcool 0,79, gasolina 0,72, corpo humano ~1,02, alumínio 2,70, ferro 7,87, cobre 8,96, chumbo 11,34, ouro 19,32, ósmio 22,57, todos os valores entre 0,6 e 23, expressíveis como inteiros ou uma ou duas casas decimais, fáceis de ler e lembrar. Ao usar kg/m³ esses números são todos de três dígitos (água 1000, ferro 7870, cobre 8960), o que também é claro mas adiciona 3 zeros.
Como usar lb/ft³, lb/in³, lb/gal?
Unidades de densidade imperiais ainda são amplamente usadas na engenharia britânica e americana, aeroespacial, petróleo, indústrias da construção: 1 lb/ft³ (libra por pé cúbico) ≈ 16,02 kg/m³, é uma unidade comum para peso específico de materiais de construção, densidade do ar (ar ~0,0765 lb/ft³, água ~62,4 lb/ft³); 1 lb/in³ (libra por polegada cúbica) ≈ 27.680 kg/m³, usada para metais de alta resistência, cálculos de tensão em engenharia mecânica; lb/USgal (libra por galão americano) e lb/UKgal (libra por galão imperial) são usadas para combustível líquido, transporte e mistura de soluções químicas.
Quais são as densidades de substâncias comuns?
Densidades de materiais comuns (g/cm³, valores aproximados): gases – ar 0,0012, hidrogênio 0,00009; líquidos – gasolina 0,72, álcool 0,79, água 1,00, água do mar 1,025, leite 1,03, ácido sulfúrico 1,84, mercúrio 13,55; metais – magnésio 1,74, alumínio 2,70, titânio 4,51, ferro/aço 7,87, cobre 8,96, prata 10,49, chumbo 11,34, ouro 19,32, ósmio 22,57 (o mais denso na crosta terrestre); outros – gelo 0,92 (flutua na água), corpo humano 1,02, vidro 2,5, concreto 2,4, madeira 0,4~0,8, plásticos 0,9~1,4.
Qual é a diferença entre densidade e densidade relativa (massa específica relativa)?
A Densidade Relativa (SG) é a razão entre a densidade de uma substância e a densidade da água (a 4°C), um número puro adimensional. SG = ρ/ρ_água, portanto o valor numérico de SG é igual ao valor em g/cm³ ou kg/dm³ (já que a água = 1 g/cm³). Por exemplo a densidade do ferro 7,87 g/cm³ corresponde a SG 7,87, chumbo 11,34 corresponde a SG 11,34. A SG é amplamente usada nas indústrias petroleira, química, cervejeira; o grau API, teor alcoólico, escala Baumé são indicadores derivados da SG.
O que determina se um objeto flutua ou afunda em um líquido?
Pelo princípio da flutuabilidade de Arquimedes: um objeto flutua quando sua densidade média < densidade do líquido, afunda quando >, fica em suspensão quando igual. Por exemplo: densidade do gelo 0,92 g/cm³ < água 1,0, então icebergs flutuam (90% submersos); o ferro 7,87 é muito mais denso que a água então afunda, mas navios de ferro flutuam porque sua densidade média global oca < água; densidade do corpo humano ~1,02 é ligeiramente maior que a água, afunda após expirar, pode flutuar após inspirar ou inflar os pulmões; o Mar Morto tem concentração de sal extremamente alta densidade ~1,24 g/cm³, pessoas podem flutuar facilmente.
Por que a densidade dos gases é expressa em kg/m³ em vez de g/cm³?
Em condições normais de temperatura e pressão (0°C, 1 atm) a densidade dos gases é muito menor que a de líquidos e sólidos: ar ~1,29 kg/m³ = 0,00129 g/cm³, expressar em g/cm³ resultaria em muitos zeros à esquerda (0,00129), inconveniente de ler. Usando kg/m³ o ar é 1,29, hidrogênio 0,09, oxigênio 1,43, dióxido de carbono 1,98, cloro 3,21, valores mais intuitivos. A densidade dos gases está intimamente relacionada à temperatura e pressão (gás ideal ρ=PM/RT), as condições de temperatura e pressão geralmente são especificadas.
Qual é a diferença entre peso específico aparente, densidade aparente, densidade real?
Densidade Real é a densidade do próprio material (excluindo poros), por exemplo aço 7,87 g/cm³; Densidade Aparente é a densidade de um bloco incluindo poros fechados internos; Densidade Aparente/Peso Específico Aparente é a densidade global de materiais granulares/em pó quando empilhados naturalmente incluindo vazios, por exemplo densidade aparente do cimento ~1300 kg/m³, areia seca 1600 kg/m³, arroz ~600 kg/m³, a água também é frequentemente expressa em engenharia com peso específico γ=9,8 kN/m³ (ou simplificado 10 kN/m³).
Qual é o significado em engenharia das diferenças de densidade dos metais?
A densidade determina diretamente o peso de peças de mesmo volume, que é a chave para a redução de peso em produtos aeroespaciais, automotivos, 3C: alumínio 2,7 é ~2/3 mais leve que o aço 7,87, magnésio 1,74 é ainda mais leve mas resistência menor; titânio 4,5 é 43% mais leve que o aço mas alta resistência, resistente à corrosão, usado em aviação/médico; polímero reforçado com fibra de carbono (CFRP) ~1,6, preferido para redução de peso aeroespacial de alta gama; chumbo 11,34, tungstênio 19,3, urânio empobrecido 19,1 usados para contrapesos, blindagem contra radiação, projéteis perfurantes; cobre 8,96, prata 10,5 alta densidade boa condutividade, usados para fios/contatos.
Qual é a relação entre densidade dos líquidos e temperatura?
A densidade do líquido geralmente diminui com o aumento da temperatura (expansão e contração térmica), a água tem densidade máxima (1000 kg/m³) a 3,98°C, a densidade é ligeiramente menor acima ou abaixo dessa temperatura (razão pela qual a água a 4°C define a referência de densidade). A densidade do combustível muda significativamente com a temperatura: densidade da gasolina ~0,72~0,78 g/cm³, expande no verão com volume maior para a mesma massa; o combustível de avião é medido por massa (kg ou lb) em vez de volume (L ou gal), porque as mudanças de volume em diferentes temperaturas afetam os cálculos de autonomia.
Quais unidades de densidade esta ferramenta suporta? Por que não g/mL, oz/gal?
Esta ferramenta suporta 7 unidades de densidade: kg/m³, g/cm³, kg/dm³, lb/ft³, lb/in³, lb/USgal, lb/UKgal, abrangendo mais de 90% dos cenários de uso diário em física, engenharia, materiais, engenharia química. Note que g/mL tem exatamente o mesmo valor numérico que g/cm³ (1 mL = 1 cm³), kg/L tem o mesmo valor numérico que kg/dm³, então não há necessidade de adicionar duplicatas; oz/gal (onças por galão) é usado principalmente para cenários específicos de tratamento de água/concentração química, lb/gal já cobre as principais necessidades de conversão de densidade de líquidos imperiais.
