Densitatea (notată ρ, “rho”) este o proprietate fundamentală a materiei: masa per unitatea de volum. Determină dacă un obiect plutește, cât cântărește un volum dat, ce material e mai potrivit pentru o aplicație.
Definiție
unde = masa, = volumul.
Unitatea SI: kg/m³. Unitatea uzuală pentru solide: g/cm³ (valori mai compacte: 1–20 în loc de 1.000–20.000).
Relația kg/m³ ↔ g/cm³
De ce?
Formula de conversie
kg/m³ → g/cm³
g/cm³ → kg/m³
Exemple rezolvate
Exemplu 1: apă (1.000 kg/m³ → g/cm³)
Exemplu 2: oțel (7,85 g/cm³ → kg/m³)
Exemplu 3: aer la 20 °C (1,2 kg/m³ → g/cm³)
Tabel: densități uzuale
Gaze (ușoare)
| Gaz | kg/m³ | g/cm³ |
|---|---|---|
| Hidrogen (H₂) | 0,0899 | 0,0000899 |
| Heliu (He) | 0,1786 | 0,000179 |
| Aer (la 20 °C) | 1,204 | 0,001204 |
| CO₂ | 1,98 | 0,00198 |
Lichide
| Lichid | kg/m³ | g/cm³ |
|---|---|---|
| Benzină | 740 | 0,74 |
| Etanol | 789 | 0,789 |
| Ulei vegetal | 920 | 0,92 |
| Apă (4 °C) | 1.000 | 1,000 |
| Apă mare | 1.025 | 1,025 |
| Lapte | 1.030 | 1,030 |
| Vin | 990 | 0,99 |
| Miere | 1.420 | 1,42 |
| Mercur (Hg) | 13.546 | 13,546 |
Solide non-metalice
| Material | kg/m³ | g/cm³ |
|---|---|---|
| Polistiren expandat | 30 | 0,03 |
| Plută | 240 | 0,24 |
| Lemn de pin | 500 | 0,50 |
| Lemn de stejar | 700 | 0,70 |
| Gheață | 917 | 0,917 |
| Cauciuc | 1.100 | 1,10 |
| Sticlă | 2.500 | 2,50 |
| Beton | 2.400 | 2,40 |
| Marmură | 2.700 | 2,70 |
Metale
| Metal | kg/m³ | g/cm³ |
|---|---|---|
| Aluminiu (Al) | 2.700 | 2,70 |
| Titan (Ti) | 4.510 | 4,51 |
| Zinc (Zn) | 7.140 | 7,14 |
| Fier (Fe) | 7.870 | 7,87 |
| Oțel | 7.850 | 7,85 |
| Alamă | 8.500 | 8,50 |
| Bronz | 8.800 | 8,80 |
| Cupru (Cu) | 8.960 | 8,96 |
| Argint (Ag) | 10.490 | 10,49 |
| Plumb (Pb) | 11.340 | 11,34 |
| Mercur (Hg) | 13.546 | 13,55 |
| Aur (Au) | 19.300 | 19,30 |
| Wolfram (W) | 19.250 | 19,25 |
| Iridiu (Ir) | 22.560 | 22,56 |
| Osmiu (Os) | 22.590 | 22,59 |
Aplicații practice
Plutire (principiul lui Arhimede)
Un obiect plutește dacă densitatea sa e mai mică decât densitatea fluidului. În apă (1 g/cm³):
- Plutesc: lemn (0,5–0,7), gheață (0,917), ulei (0,92), polistiren (0,03)
- Se scufundă: metale, sticlă, beton, marmură
Calcul masă din volum
Cunoscând volumul și densitatea, calculezi masa:
Exemplu: placă oțel 1 m × 0,5 m × 0,01 m (1 cm grosime):
Identificare materiale (laborator)
În chimie analitică, densitatea ajută la identificarea substanțelor. Aurul fals (alamă auritată) cântărește mult mai puțin decât aurul real la același volum (8,5 vs 19,3 g/cm³ = 2,3× diferență).
Selecție materiale (inginerie)
Raport rezistență/densitate determină alegerea:
- Aluminiu (2,7 g/cm³) — ușor, folosit în aviație
- Titan (4,5 g/cm³) — rezistență/greutate excelentă, scump
- Oțel (7,85 g/cm³) — universal în construcții
- Compozit fibră de carbon (~1,8 g/cm³) — extrem ușor, scump
Convertor mental rapid
- g/cm³ → kg/m³: înmulțește cu 1.000 (sau adaugă 3 zerouri)
- kg/m³ → g/cm³: împarte la 1.000 (sau scoate 3 zerouri)
Truc de reținut: densitatea apei (1 g/cm³ = 1.000 kg/m³) e referința. Materialele cu valoare apropiată plutesc/se scufundă lent.
Greșeli frecvente
- Confuzia greutate vs densitate — densitatea e independentă de cantitate. 1 g de aur și 1 t de aur au aceeași densitate (19,3 g/cm³).
- Folosirea g/ml în loc de g/cm³ — sunt identice (1 ml = 1 cm³). Ambele sunt corecte.
- Densitatea variază cu temperatura — apa e 1 g/cm³ doar la 4 °C. La 100 °C e 0,958. Ignoră variația pentru estimări, contează în precizie laborator.