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Volumen, masa y densidad



 

Cuando se experimentan con objetos y el agua, se observa que al dejar caer ciertos objetos estos se hunden, otros flotan. Durante esta experimentación se descubre que los objeto pesados se hunden, mientras los livianos no. Cuando se ve un barco, tan pesado en el agua y este no se hunde, surge la pregunta de cómo logran los barcos mantenerse flotando sobre el agua. La respuesta esta en los aspectos relacionados con ciertas propiedades físicas de los materiales, tales como el  volumen, la masa y la densidad de los cuerpos.

 

El Volumen

Los materiales en la naturaleza se encuentran en tres estados: sólido, líquido y  gaseoso . Cada uno tiene propiedades o características propias.

La masa, el volumen, el peso, la densidad y la solubilidad son propiedades físicas de la materia.

El volumen es el espacio que ocupa la materia. Por ejemplo, la pelota ocupa más espacio que las metras y la bolsa tiene muy poco espacio para guardar la pelota. Por eso se puede decir que el volumen de  la pelota es mayor que el volumen de las metras.

 

 

 

Presión y temperatura

El volumen de un cuerpo puede variar de acuerdo a la temperatura y la presión a que está sometido. Por ejemplo, si tienes una lata de refresco vacía y la aplastas totalmente, el volumen que ocupa al final es menor que el que tenía al inicio porque fue sometida a mucha presión.

El aumento de la temperatura hará variar el volumen de algún material, por ejemplo, al elevar la temperatura del agua  ella se expande y sube su volumen como  puede observarse al hervir el agua.

 

El volumen también se puede medir, la unidad de medida es el metro cúbico (m3) o también el litro, que es una medida de capacidad. El volumen también  puede expresarse usando los múltiplos y submúltiplos de las anteriores medidas.

El volumen de los materiales puede ser calculado,  de la siguiente manera:

 

  • Volumen de líquidos y gases:  se determina midiendo la capacidad del envase con recipientes graduados transparentes como los cilindros, las buretas. Estos son tubos largos de vidrio, abiertos en un extremo y por el otro terminan con una llave. Ellos están graduados con una escala en centímetros cúbicos (cc o cm3).
  • Los gases se miden con  un eudiómetro.  Aparato que funciona basándose en los efectos químicos que puede provocar una chispa eléctrica.
  • Volumen de sólidos: el  cálculo del volumen de un sólido se puede hacer de dos maneras:

 

 

1.- Sólidos regulares: se calcula aplicando la fórmula matemática.

V= a x h x l

 

 

Por ejemplo:  Se desea calcular el volumen de un cubo cuyos lados miden 5 cm.

Cubo:  l= h= a (Esto quiere decir que un cubo tiene sus lados iguales)

Entonces para calcular el volumen:

Volumen =  5cm x 5cm x 5cm= 125 cm 3

Para calcular el volumen de un paralelepípedo cuya base (largo) mide 10 cm, su altura es de 4 cm  y su ancho de  5 cm. Entonces:

Volumen = 10 cm x 4 cm x 5 cm = 200 cm3.

 

2.- Sólidos irregulares: son sólidos que no tienen forma definida, como las piedras. Para calcular el volumen de éstos, se   determina el volumen de agua que desalojan al ser introducidos en un envase que contenga este líquido.

 

 

Por  ejemplo, se desea saber  el volumen de una piedra, ésta se introduce en un recipiente graduado (vaso de precipitado, cilindro graduado u otro apropiado para este fin) que contiene una determinada cantidad de agua. Se observa la variación del volumen en el recipiente  y esa será el volumen de dicha piedra.

Ejemplo: Si tenemos un cilindro graduado que contiene 5 cc de agua, se introduce la piedra y se observa que el volumen es de 9 cc; evidentemente el volumen varió de 5 cc á 9 cc; la variación es de 4 cc, entonces, el volumen de la piedra es igual a 4 cc

Cálculo:

V1 =  5 cc

V2 =   9 cc

Volumen de la piedra = V2 – V1

Volumen de la piedra = 9cc – 5cc = 4 cc.

 

 

La densidad

Es común preguntarse porque  un barco que es tan grande y tan pesado, no se hunde en el agua. Esto tiene que ver con la densidad. La densidad es una propiedad de las sustancias que depende de su masa y volumen, la relación que hay entre la masa y el volumen. La densidad del agua es de 1g/cc, esto quiere decir que 1 gramo de agua ocupa el volumen de 1 cc o que 1 cc de agua tiene la masa de 1 gr. De este modo se puede escribir centímetro cúbico de dos maneras: cc ó cm3.

 

Las sustancias que son más densas tienen más masa en un volumen determinado, también son mas pesadas y más compactas o espesas. Una sustancia siempre tiene la misma densidad, aunque ésta se calcule con  distintas cantidades de dicha sustancia.

La densidad es la cantidad de masa que hay en un determinado volumen. Se calcula  aplicando la siguiente fórmula matemática:

Densidad  (d) =     masa / Volumen

Cuando los cuerpos son muy grandes, la densidad se expresa en Kg/m3, para las cosas pequeñas
se utiliza  g/cm 3.

Se quiere calcular la densidad de un trozo de hierro que pesa 60 g y su volumen es de 8 cm 3. Entonces:

D =        60 g / 8 cm 3  = 7.5 g /cm 3.


Sustancia

Densidad en kg/m 3

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


NOTA
: El agua de mar contiene disueltos más minerales y sales que el agua dulce, por lo tanto pesa más y se considera más densa. Un buceador sumergido en agua de mar desplazará igual cantidad de agua que él mismo sumergido en agua dulce; sin embargo, puesto que el peso del agua de mar será mayor al del agua dulce, el empuje será mayor en el primer caso que en el segundo.

Es por eso que los cuerpos tienden a flotar mejor en agua de mar que en agua dulce.

Puedes comprobarlo al meter un huevo en un vaso con agua y sal y otro en agua normal... observa los que pasa.

 

Flotación de los cuerpos

Los objetos con menor densidad que la del agua flotan en ella, los que tienen mayor densidad que ella, se hunden. En la naturaleza hay muchos materiales que flotan en el agua, por ejemplo la madera, el anime, el plástico, el papel y otros.

Pero, a pesar que el hierro o el acero se hunden, los barco que son muy grandes y no se hunden. Esto se debe a que  su densidad es menor que la del agua.

 

 

 

Cuando el barco se encuentra sobre la superficie del agua, tiende a empujar el agua sobre la cual se encuentra. Es importante notar que el peso del agua que el barco empuja hacia los lados (desplazamiento de agua) es igual al peso del barco, o que el volumen del agua que desaloja el barco es mas pesado que el mismo barco. Por los barcos tienen marcado una línea de flotación, la cual indica que al cargar el barco, hay que observar que el agua no  rebase dicha línea, si se introduce demasiada carga, el agua puede rebasar ese límite, y el barco se puede hundir.

 

Además, el mar es más denso porque contiene agua salada. La sal hace más densa el agua. Esto se puede comprobar haciendo un experimento.

También algunos  líquidos son más densos que otros, por ejemplo la miel es más densa que el agua y el alcohol es menos denso que el agua. Al mezclarlos, la sustancia más densa se va al fondo y la menos densa queda en la superficie.

 

 

Las Nociones de Volumen, densidad y masa son aprovechados por inventores e investigadores para construir objetos útiles para la humanidad, ayudando a satisfacer necesidades, aumentando  las posibilidades de estudios en muchas áreas científicas y resolver problemas.

Entre esos aparatos están los submarinos, que son útiles para observar la vida a grandes profundidades y los aviones para volar a grandes alturas. Así mismo, se construyen barcos para la pesca como trabajo o para el transporte,  como los grandes tanqueros de petróleo o para la diversión.

 

También estos conocimientos se han aprovechado para desarrollar deportes acuáticos, como la natación, surf, submarinismo y otros, que además de brindar diversión son útiles para preservar la vida en momentos difíciles que surgen cuando se está en el agua. Es importante recordar que el cuerpo flota en el agua, si la persona se acuesta boca arriba y se queda quieta. Esta es una prueba buena para hacer cuando se va a la piscina o a la playa, experimentar como el cuerpo flota.

 

Tomado de: Jatar de Álvarez, A.  y Fernández P. R. (1999). Valores.
Caracas: Editorial Colegial Bolivariana.
Lahmán A. y otros. (1999). Guía Escolar 4.  Caracas: Ediciones Santillana.
Navarro, E. (1993). Física . 9º grado. Caracas: Ediciones Cavelibros.
Caballero, A. y Ramos, F. (1998). Iniciación a la química. 9º grado.
Caracas: Ediciones Eneva.
Morales M. (1983). Estudios de la naturaleza y educación
para la salud. Caracas: Editorial Colegial Bolivariana.
http://www.terra.com.mx/general/historico/formatos/formato2.asp?articuloid=138298&paginaid=1

 

 
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