Actividad experimental N.º 4: La densidad en los cuerpos. Objetivo: determinar cualitativamente la densidad de algunos cuerpos.
¿Por qué la piedra normal se hunde, mientras que la piedra pómez flota?
- La densidad se define como ho = \frac{m}{V}: masa dividida entre el volumen que ocupa el cuerpo.
- Una piedra común (granito, río) tiene muy pocos poros; su masa es alta respecto a su volumen, por lo que ho \approx 2{,}5\text{–}3{,}0 \, \text{g/cm}^{3}.
- Como 2{,}5 \, \text{g/cm}^{3} > 1{,}0 \, \text{g/cm}^{3} (densidad del agua), la piedra se hunde.
- La piedra pómez está llena de burbujas de aire atrapadas; el aire es mucho menos denso que el agua, así que su densidad promedio es ho \approx 0{,}5 \, \text{g/cm}^{3} < 1{,}0 \, \text{g/cm}^{3}.
- Por eso la pómez flota: su masa total es pequeña comparada con el volumen que ocupa.
La piedra común es más densa que el agua (\rho > 1{,}0 \, \text{g/cm}^{3}) y se hunde; la pómez contiene poros con aire, tiene menor densidad que el agua y flota.
¿Qué sucede con el aceite, en relación con el agua? ¿A qué se debe?
- Al echar el aceite después del agua, el aceite no se mezcla: queda en una capa superior.
- La densidad del agua es ho_{agua} = 1{,}0 \, \text{g/cm}^{3} y la del aceite es ho_{aceite} \approx 0{,}92 \, \text{g/cm}^{3}.
- Como 0{,}92 < 1{,}0, el aceite flota sobre el agua.
El aceite forma una capa encima del agua porque es menos denso que ella; el agua, al ser más densa, queda abajo.
Experimenta: ¿qué pasa si colocas la piedra pómez en el aceite? ¿Seguirá flotando o se hundirá?
- Densidad de la pómez: \rho_{pómez} \approx 0{,}5 \, \text{g/cm}^{3}.
- Densidad del aceite: \rho_{aceite} \approx 0{,}92 \, \text{g/cm}^{3}.
- Como 0{,}5 < 0{,}92, la pómez sigue siendo menos densa que el medio.
- Además, el aceite no penetra en los poros (no los moja como el agua), por lo que el aire se mantiene dentro.
La piedra pómez sigue flotando sobre el aceite, porque su densidad es menor que la del aceite.
¿Todos los cuerpos metálicos se comportaron de la misma manera? ¿Por qué?
- Densidades: aluminio \rho \approx 2{,}7, magnesio \rho \approx 1{,}74, cobre \rho \approx 8{,}9, hierro \rho \approx 7{,}9, plomo \rho \approx 11{,}3 \, \text{g/cm}^{3}.
- Todos cumplen \rho > 1{,}0 \, \text{g/cm}^{3}, así que todos se hunden.
- No se comportan de manera idéntica: cada uno se hunde a un ritmo distinto según su densidad, forma y tamaño; los más densos y compactos (plomo) se hunden más rápido que el aluminio o el magnesio.
Todos los metales probados son más densos que el agua y por eso se hunden, pero lo hacen con distinta rapidez porque cada metal tiene una densidad diferente.
Dibuja los resultados del experimento con cada material y cada vaso.
| Vaso / material | Comportamiento observado | Densidad relativa |
|---|---|---|
| Piedra común | Se hunde hasta el fondo | \rho > 1{,}0 |
| Piedra pómez | Flota en la superficie | \rho < 1{,}0 |
| Corcho | Flota en la superficie | \rho \approx 0{,}24 |
| Aluminio, cobre, hierro, plomo | Se hunden hasta el fondo | \rho > 1{,}0 |
| Aceite | Capa superior sobre el agua | \rho \approx 0{,}92 |
| Agua | Capa inferior | \rho = 1{,}0 |
En el vaso se ven, de arriba hacia abajo: capa de aceite, capa de agua con la pómez y el corcho flotando, y en el fondo la piedra y los metales hundidos.
