Densidade: o que é e como calcular a densidade da água

A densidade de um material é definida pela razão entre uma unidade de massa e uma de volume. Entenda mais na aula abaixo!

Você sabe como explicar o movimento de flutua e afunda dos submarinos? Ou ainda, como que um navio, com tooooda aquela massa consegue flutuar pelos oceanos? Na aula de hoje vamos responder essas questões de uma forma bem simples e te explicar direitinho o que é densidade.

Você já viajou em algum cruzeiro ou viu um de seus grandes navios de perto, e se perguntou como tudo isso consegue flutuar? Viu em filmes, vídeos, ou ao vivo (por que não?) um submarino, e se questionou como os seus tripulantes conseguem controlar a sua flutuação?

Esses fenômenos são facilmente explicados por um conceito relativamente fácil e conhecido há muito tempo: a densidade!

densidade da água e submarinos
Funcionamento de um navio e de um submarino. Eles se explicam por conta da diferença de densidade.

O que é densidade?

O que temos em comum entre o navio e o submarino é que ambos apenas conseguem “trabalhar” por causa de um conceito físico muito importante: a densidade.

Primeiramente, vamos pensar em um exemplo. Você já deve ter visto imagens que mostram a diferença de quantidade de material necessário para dar um quilograma de algodão e um quilograma de chumbo (se não viu, da uma espiada na figura 1 logo a seguir).

densidade do algodão e do chumbo
Balança demonstrando a diferença de densidade entre o algodão e o chumbo.

A principal diferença que observamos na imagem acima é que precisamos de muito mais volume de algodão para dar um quilograma do que de chumbo. Isso acontece por causa de suas densidades.

Fórmula da densidade

A densidade de um material é definida pela razão entre uma unidade de massa e uma de volume. De modo geral, isso significa que a densidade de um objeto indica a massa contida na unidade de volume desse mesmo objeto. Podemos calculá-la com a fórmula:

fórmula da densidade

Onde o m é a massa (em Kg), o V é o volume (em m³) e o ρ (ou d) é a densidade dada por kg/m³.

Na tabela abaixo, apresentamos a densidade de algumas substâncias. Vale notar as diferenças entre elas. Os gases apresentam um valor menor que o da água, por exemplo. Porém o chumbo possui um valor bem maior que a densidade da água.

densidade das substancias
tabela com a densidade de algumas substâncias como água, gelo, álcool e chumbo.

Sendo assim, temos aí um dos fatores que levam coisas a flutuarem em determinados líquidos. O gelo, por exemplo, tem densidade menor que a da água. Por este motivo, o gelo flutua sobre a água. Já o chumbo, possui uma densidade muito maior que a da água. Assim, ele afunda.

Densidade da água e funcionamento dos navios

Você deve estar curioso/a em como o conceito de densidade está ligado a flutuação do navio e a capacidade de flutuar e afundar do submarino. Já que está claro que a densidade dos materiais que compõem estes materiais é muito maior que a da água. Então vamos lá!

Navios: os navios são feitos de ligas metálicas, principalmente de aço, cuja densidade é: 7,9 x 10³ Kg/m³. Esse valor, como você pode perceber, é muito maior que a densidade da água (1,0 x 10³ Kg/m³). Então como um navio consegue flutuar na água?

Essa resposta é relativamente simples, mas primeiro observe a imagem abaixo:

formato de navios
imagem mostra o formato de um navio e como ele influencia na sua densidade relativa.

O que podemos observar no esquema acima é que há uma grande parte “oca” dentro de um navio. Com isso, há uma grande quantidade de ar nesse espaço, e isso faz com que a densidade relativa do navio seja menor que a da água, que causa a sua flutuação.

Porém não é apenas por causa de sua densidade relativa que ele flutua. a causa da flutuação tem a ver também com a força do empuxo que a água faz sobre o navio.

Mas isso você pode aprofundar mais nas aulas sobre empuxo:

Funcionamento dos submarinos

Os submarinos têm o principio de funcionamento parecido com o dos navios. Porém, eles possuem uma tecnologia capaz de alterar a densidade relativa, e isso faz com que eles flutuem ou afundem.

Os submarinos conseguem modificar suas densidades relativas enchendo ou esvaziando os tanques de lastro. Os tanques de lastro são enormes reservatórios que envolvem a maior parte dos submarinos.

Ou seja, quando o submarino estiver na superfície os tanques de lastro estão vazios, fazendo com que a densidade relativa seja menor que a da água, e então o submarino flutua.

Já para submergir as válvulas superiores dos tanques de lastro são abertas fazendo com que o ar saia, e assim permite que a água entre através de aberturas na parte inferior dos tanques.

Assim a densidade relativa do submarino se torna maior que a da água, o que faz com que o mesmo afunde.

tanques de lastro e a densidade relativa
Imagem mostra o funcionamento dos tanques de lastro, modificando a densidade relativa dos submarinos.

Resumo da aula

Observamos ao longo dessa aula que a densidade é uma grandeza física de uma definição relativamente simples. Porém de grande aplicabilidade no nosso cotidiano, como nos exemplos supracitados do navio e do submarino.

Contudo, a densidade dos materiais vem sendo estudada há muito tempo, e utilizada também para saber se um material é puro ou não.

Pois as substâncias têm valores específicos, como também já mostramos acima, e com isso é possível medi-la para identificar a pureza de um material ou não.

Por fim, veja a aula e continue estudando conosco:

Exercícios de densidade

1) Uma solução cuja densidade é de 1150 g/L foi preparada, dissolvendo-se 160 g de NaOH em 760 cm3 de água. Determine respectivamente a massa da solução obtida e seu volume. (Dado: densidade da água = 1,0 g/cm3):

a) 160 g e 0,14 mL.

b) 760 g e 0,66 mL.

c) 920 g e 0,8 mL.

d) 160 g e 0,21 mL.

e) 920 g e 800 mL.

2) (UFPI)

Em uma cena de um filme, um indivíduo corre carregando uma maleta tipo 007(volume de 20 dm3) cheia de barras de um certo metal. Considerando que um adulto de peso médio (70 kg) pode deslocar com uma certa velocidade, no máximo, o equivalente ao seu próprio peso, indique qual o metal, contido na maleta, de acordo com os dados da tabela a seguir.

tabela
Tabela de densidades diferentes.

(Dado: 1 dm³ = 1L = 1 000 cm3.)

a) Alumínio.

b) Zinco.

c) Prata.

d) Chumbo.

e) Ouro.

3) (UFSM-RS)

A posição dos peixes ósseos e seu equilíbrio na água são mantidos, fundamentalmente, pela bexiga natatória que eles possuem. Regulando a quantidade de gás nesse órgão, o peixe se situa mais ou menos elevado no meio aquático. “Para _______________ a profundidade, os peixes ______________ a bexiga natatória e, com isso, _______________ a sua densidade.”

Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas.

a) aumentar – desinflam – aumentam

b) aumentar – inflam – diminuem

c) diminuir – inflam – aumentam

d) diminuir – desinflam – diminuem

e) aumentar – desinflam – diminuem

Gabarito: 1) E ; 2) A ; 3) A

Sobre o(a) autor(a):

Os textos e exemplos acima foram preparados pela professora Tairine Favretto para o Blog do Enem. Tairine é formada em Física – Licenciatura na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), e é Mestra em Educação Científica e Tecnológica também pela UFSC. Ministra aulas de Física e Ciências da Natureza em escolas da Grande Florianópolis desde 2014. Facebook: https://www.facebook.com/tairine.favretto Instagram: @proftaifisica

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