Densidade - Densidade é uma relação entre massa e volume

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A densidade de um corpo ou de uma matéria qualquer também pode ser uma medida. Para isso, temos que relacionar duas grandezas: sua massa e seu volume. Vamos relembrar de uma brincadeira que escutamos com frequência: o que pesa mais um quilo de algodão ou um quilo de chumbo?

Bem, em primeiro lugar, o "peso" é o mesmo, pois estamos nos referindo a um quilo de cada material, ou seja, a uma mesma quantidade de grandeza. Mas, usamos as aspas na palavra peso porque, na verdade, não é correto - sob o ponto de vista científico - nos referirmos a peso para tratar dessa grandeza.

O grama é uma unidade de medida de massa. O peso, pelo contrário, é uma força, que é composta pela medida da massa multiplicada pela ação da gravidade.

Mas qual é a pegadinha que existe nessa brincadeira do quilo de algodão e de chumbo?

Volume e densidade

Ora, uma pessoa pode se confundir ao responder a pergunta porque um quilo de algodão ocupa um volume muito maior que um quilo de chumbo. O volume ocupado pela massa é uma medida relacional: a densidade.

Se compararmos volumes equivalentes de algodão e chumbo, vamos perceber que o volume de algodão é bem mais "leve" que o de chumbo. Na realidade, o volume de algodão, apesar de ser equivalente ao volume de chumbo, tem massa muito menor. Podemos atribuir a diferença de densidade entre o algodão e o chumbo à diferença da massa dos átomos que compões essas substâncias.

Uma rolha flutua na água, pois, se medirmos a sua massa total e compararmos com a massa de água correspondente ao seu volume, veremos que a massa total da rolha é inferior à massa total de água correspondente ao volume da rolha. Ou seja, a densidade da água é maior que a da rolha.

Gelo e água

Um outro bom exemplo é o gelo, que flutua na água líquida. Entretanto, ambos são formados pela mesma substância: água. Por que isso ocorre?

Ao se congelar, a água, diferentemente de todas as outras substâncias, deixa espaços entre seus grupamentos atômicos. Então, a massa correspondente ao volume do gelo (água no estado sólido) é menor do que a massa correspondente ao mesmo volume de água no estado líquido.

Com essas informações, podemos entender as correntes de vento, que são formadas pelo aquecimento diferencial das massas de ar.

Se pensarmos em uma caixa de um metro cúbico de ar frio (em que os grupamentos atômicos se movimentam em menor velocidade e por isso ficam mais próximos uns dos outros) e a compararmos com o mesmo metro cúbico de ar aquecido, perceberemos que existe uma menor quantidade de grupamentos atômicos neste último, pois seus grupamentos atômicos se movimentam com maior velocidade e ficam mais distantes uns dos outros.

Ou seja, como é menos denso que o ar frio, o ar quente sobe, deixando espaços vazios abaixo de si. Estes serão ocupados pelo ar frio, mais denso, que desce. Formam-se assim as correntes de convecção, originadas pela diferença de temperatura - e portanto de densidade - entre massas de mesmo volume, de uma mesma substância, o ar.

Correntes de convecção

As correntes de convecção também ocorrem em substâncias no estado líquido. Ao aquecermos uma panela com água diretamente no fogo, na boca do fogão, podemos perceber o movimento das massas de água com aquecimento diferencial.

Se colocarmos alguma substância no estado sólido, que não dissolva na água, observaremos essa substância subir com a massa de água que foi aquecida e descer com a massa de água que antes estava na parte superior do recipiente. Para nosso espanto se medirmos a temperatura, antes de a fervura iniciar, essa será maior na superfície do que no fundo.

Mas se você for fazer esse experimento tome dois cuidados: primeiro, para não se queimar; e segundo para não encostar o termômetro no recipiente utilizado, pois assim você estará medindo a temperatura do recipiente e não da massa d'água.

Muito bem. Você já viu que a densidade da rolha é menor do que a da água e que por isso ela flutua. Mas como pode flutuar um navio feito de aço, se o aço é muito mais denso que a água?

Tensão superficial

Para entender o que está ocorrendo nessa situação, vamos utilizar um experimento bem simples e de fácil execução, para o qual são necessários um copo de água e um pedaço de massinha de modelar.

Se você fizer uma bolinha com a massa de modelar e a colocar no copo, ela afundará na água. Entretanto, se você abrir a massinha e colocá-la na superfície da água, ela ficará boiando. Quer saber por quê?

Quando a massinha de modelar foi aberta, a massa total desse corpo foi distribuída por uma superfície maior. A força de ligação entre as moléculas d'água, chamada tensão superficial, não foi rompida. Assim, foi possível sustentar a mesma massa que antes, concentrada, afundou. Ao concentrarmos a massa em uma pequena esfera, a força exercida pelo corpo na superfície da água estará concentrada em uma região e será capaz de vencer a tensão superficial da água.