Densidad absoluta

Densidad
En física, la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega y denominada en
ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en
un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. En
términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de plomo,
es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de espuma.
Densidad absoluta
La densidad es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un
cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3),
aunque frecuente y coloquialmente se expresada en g/cm3. La densidad es una magnitud
intensiva.
Densidad absoluta
La densidad o densidad absoluta expresa la masa por unidad de volumen.
donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del cuerpo.
Densidad relativa
Artículo principal: Densidad relativa
La densidad relativa relación entre la densidad de una sustancia y una densidad de
referencia, resultando una magnitud adimensional y, por tanto, sin unidades.
donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad absoluta y ρ0 es la densidad de
referencia.
Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a
la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta
del agua es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/L.
Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la
temperatura de 0 °C.
Unidades de densidad
Unidades de densidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI):
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kilogramo por metro cúbico (kg/m³).
gramo por centímetro cúbico (g/cm³).
kilogramo por litro (kg/L). El agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L.
1 kg/L = 1 g/cm³ = 1 g/mL.
gramo por mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm³).
Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³) o gramo por
litro (g/L), (con la finalidad de simplificar con la constante universal de los
gases ideales:
Medición de densidad
Picnómetro.
La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención
indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente
se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el
volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones
apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos.
Entre los instrumentos más comunes para la medida de densidades tenemos:
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
El densímetro, que permite la medida directa de la la densidad de un líquido
El picnómetro, es un aparato que permite la medida precisa de la densidad de
sólidos, líquidos y gases picnómetro de gas.
La balanza de Mohr es una variante de balanza hidrostática que permite la
medida precisa de la densidad de líquidos.
Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un
instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante[cita requerida].
Cambios de densidad
En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o la
temperatura.
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
Cuando aumenta la presión la densidad de cualquier material estable también
aumenta.
Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la
presión permanece constante). Sin embargo, existen notables excepciones a esta
regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y
los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperaturas.[cita requerida]
El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, por lo
que típicamente la compresibilidad de un líquido o sólido es de 10–6 bar–1
(1 bar=0,1 MPa) y el coeficiente de dilatación térmica es de 10–5 K–1.
Por otro lado, la densidad de los gases es fuertemente afectada por la presión y la
temperatura. La ley de los gases ideales describe matemáticamente la relación entre
estas tres magnitudes:
donde R es la constante universal de los gases ideales, P es la presión del gas, M su
masa molar, y T la temperatura absoluta.
Eso significa que un gas ideal a 300 K (27 °C) y 1 bar duplicará su densidad si se
aumenta la presión a 2 bar manteniendo la temperatura constante o, alternativamente, se
reduce su temperatura a 150 K manteniendo la presión constante.
Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes
tienen ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados,
mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad
que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de
densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.
La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que
ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en
metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico
(kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado
pequeña. Para el agua , por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro,
es decir, de 0,001 m3, la densidad será de:
La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar
esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele
emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr./c.c.), de esta
forma la densidad del agua será:
Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho más pequeñas y
fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por
mil.
Sustancia
Densidad en kg/m3
Densidad en
g/c.c.
Agua
1000
1
Aceite
920
0,92
Gasolina
680
0,68
Plomo
11300
11,3
Acero
7800
7,8
Mercurio
13600
13,6
Madera
900
0,9
Aire
1,3
0,0013
Butano
2,6
0,026
Dióxido de carbono
1,8
0,018
La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará
sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se
hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la
densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de
densidad más baja.
Densidad: La densidad es una característica de cada sustancia. Nos vamos a referir a
líquidos y sólidos homogéneos. Su densidad, prácticamente, no cambia con la presión y la
temperatura; mientras que los gases son muy sensibles a las variaciones de estas
magnitudes.
Consideremos el movimiento de un objeto de volumen V y masa M que cae a través
de un fluido con viscosidad cero (sin rozamiento).
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
Dibuja las fuerzas que actúan sobre el cuerpo.
¿La aceleración del objeto en caída es independiente de su masa?, ¿y de su
volumen?
Disponemos de una plancha de corcho de 1 dm de espesor. Calcular la superficie
mínima que se debe emplear para que flote en agua, sosteniendo a un naúfrago de 70 kg.
La densidad del corcho es de 0.24 g/cm2.
Nota: entendemos por superficie mínima la que permite mantener al hombre
completamente fuera del agua aunque la tabla esté totalmente inmersa en ella.
Un cable anclado en el fondo de un lago sostiene una esfera hueca
de plástico bajo su superficie.
El volumen de la esfera es de 0.3 m3 y la tensión del cable 900 N.
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¿Qué masa tiene la esfera?
El cable se rompe y la esfera sube a la superficie. Cuando está en equilibrio,
¿qué fracción del volumen de la esfera estará sumergida?.
Densidad del agua de mar 1.03 g/cm3
Un depósito de agua está cerrado por encima con una placa
deslizante de 12 m2 y 1200 kg de peso. El nivel del agua en
el depósito es de 3.5 m de altura. Calcular la presión en el
fondo. Si se abre un orificio circular de 5 cm de radio a
medio metro por encima del fondo, calcúlese el volumen de
agua que sale por segundo por este orificio. (Se considera
que el área del orificio es muy pequeño frente al área del
depósito).
Dato: la presión atmosférica es de 105 Pa
La prensa hidráulica de la figura
está formada por dos depósitos
cilíndricos, de diámetros 10 y
40
cm
respectivamente,
conectados por la parte inferior
mediante un tubo, tal como se
indica en la figura. Contienen
dos líquidos inmiscibles: agua,
de densidad 1 g/cm3 y aceite
0.68 g/cm3.
Determinar el valor de la masa
m para que el sistema esté en
equilibrio.
Tomar g=9.8 m/s2.
Presión atmosférica = 101293
Pa.
El depósito de la figura contiene agua.
a) Si abrimos la llave de paso, ¿qué
altura tendrá el agua en cada lado del
depósito cuando se alcance el
equilibrio?
b) ¿qué cantidad de agua pasará de un
recipiente al otro hasta que se alcance el
equilibrio?
De un gran depósito
de agua, cuyo nivel se
mantiene constante
fluye agua que circula
por los conductos de
la figura hasta salir
por la abertura D, que
está abierta al aire. La
diferencia de presión
entre los puntos A y B
es PB - PA = 500 Pa.
Sabiendo que las secciones de los diferentes tramos de la conducción son SA= SC = 10
cm2 y SB=20 cm2, calcular las velocidades y las presiones del agua en los puntos A, B,
C, de la conducción.
La presión en C es la atmosférica, igual a 105 Pa.
Para saber la velocidad del agua
en una tubería empalmamos en
ella un tubo en forma de T de
menor sección, colocamos tubos
manométricos A y B, como
indica la figura y medimos la
diferencia de altura (5 cm) entre
los niveles superiores del líquido
en tales tubos.


Sabiendo que la sección
del tubo estrecho es 10
veces menor que la
tubería, calcular la
velocidad del líquido en
ésta.
Calcúlese el gasto, si el
área de la sección mayor
es 40 cm2
El gasto en una tubería por la que circula
agua es 208 l/s. En la tubería hay instalado
un medidor de Venturi con mercurio como
líquido manométrico. Si las secciones de
las tuberías son 800 y 400 cm2,
Calcular el desnivel h que se produce en el
mercurio. Dato: densidad del mercurio
13.6 gr/cm3
Dos depósitos abiertos muy
grandes A y F, véase la figura,
contienen el mismo líquido.
Un tubo horizontal BCD que
tiene un estrechamiento en C,
descarga agua del fondo del
depósito A, y un tubo vertical
E se abre en C en el
estrechamiento y se introduce
en el líquido del depósito F. Si
la sección transversal en C es
la mitad que en D, y si D se
encuentra a una distancia h1
por debajo del nivel del
líquido en A.
¿A qué altura h2 alcanzará el
líquido en el tubo E?.
Expresar la respuesta en
función de h1.
Del depósito A de la
figura
sale
agua
continuamente pasando
través de depósito
cilíndrico B por el
orificio C. El nivel de
agua en A se supone
constante, a una altura
de 12 m sobre el suelo.
La altura del orificio C
es de 1.2 m. El radio
del depósito cilíndrico
B es 10 cm y la del
orificio C, 4 cm.
Calcular:

La velocidad del agua
que sale por el orificio
C.

La presión del agua en
el punto P depósito
pequeño B

La altura h del agua en
el manómetro abierto
vertical.
Dato: la presión
atmosférica es 101293 Pa.
Peso específico
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El peso específico de una sustancia se define como su peso por unidad de volumen. Se
calcula al dividir el peso de la sustancia entre el volumen que ésta ocupa. En el Sistema
Técnico, se mide en kilopondios por metro cúbico (kp/m³). En el Sistema Internacional
de Unidades, en newton por metro cúbico (N/m³).
ó
Donde:
= peso especifico
= es el peso de la sustancia
= es el volumen que la sustancia ocupa
= es la densidad de la sustancia
= es la aceleración de la gravedad
Este número está intimamente ligado a la densidad de cualquier material y debido a su
fácil manejo en unidades terrestres su uso es muy amplio dentro de la Física.
Como bajo la gravedad de la Tierra el kilopondio equivale, aproximadamente, al peso
de un kilogramo, esta magnitud tiene el mismo valor numérico que la densidad
expresada en (kg/m³