Densidad
La densidad es la masa por unidad de volumen, una propiedad que identifica un material y determina si se hunde o flota en un fluido.
Formula
\rho = \frac{m}{V}
Definition
La densidad te dice cuánta masa está empacada en cierta cantidad de espacio: divide la masa entre el volumen, $\rho = \frac{m}{V}$, con unidades de laboratorio de $\text{g/cm}^3$ (igual a g/mL) o unidades del SI de $\text{kg/m}^3$. Es una propiedad característica, la misma para una sustancia pura sin importar qué tan grande sea la muestra, así que puede identificar un material desconocido; la densidad del agua es $1.00\ \text{g/cm}^3$, y un objeto se hunde en el agua si su densidad es mayor. La densidad es una razón intensiva que depende de la temperatura y, para los gases, de la presión, y su incertidumbre combina las incertidumbres relativas de la masa y el volumen. Experimentalmente se halla mejor a partir de la pendiente de una gráfica de masa contra volumen usando varias muestras, lo que promedia el error aleatorio y revela cualquier desviación sistemática como una intersección distinta de cero.
Example
Una roca de masa $27\ \text{g}$ y volumen $10\ \text{cm}^3$ tiene una densidad de $2.7\ \text{g/cm}^3$, más densa que el agua, así que se hunde. Un bloque desconocido de $54.0\ \text{g}$ que mide $5.0 \times 2.0 \times 2.0\ \text{cm}$ tiene $V = 20.0\ \text{cm}^3$ y $\rho = 2.7\ \text{g/cm}^3$, coincidiendo con el aluminio, y al cortarlo por la mitad quedan $27.0\ \text{g}$ en $10.0\ \text{cm}^3$, seguirá siendo $2.7$. Cinco piezas de aluminio con pares de (volumen, masa) de $(2.0, 5.4)$, $(4.0, 10.9)$, $(6.0, 16.1)$, $(8.0, 21.7)$ y $(10.0, 27.0)$ en $\text{cm}^3$ y g dan una pendiente de mejor ajuste de $2.70\ \text{g/cm}^3$ con una intersección cercana a cero, así que no hay evidencia de una desviación en la balanza, y la pendiente lleva mucha menos incertidumbre que cualquier razón individual.
Key Insight
Las cosas más densas que el agua se hunden y las menos densas flotan, por eso un barco de acero flota: es en su mayoría hueco, así que su densidad general es menor que la del agua. La densidad no cambia cuando cortas una muestra a la mitad, porque la masa y el volumen se reducen a la mitad juntos, y propiedades así son las que te permiten identificar sustancias. Medir la pendiente en lugar de una sola razón es una estrategia general de laboratorio que convierte una división de un solo tiro en un ajuste que promedia el error y expone el sesgo; cuando una cantidad es una razón de dos cosas medibles, grafícalas.