O estudo da massa específica é fundamental para compreender diversos fenômenos físicos. Ele ajuda a entender tanto fenômenos simples, como a flutuação de objetos, quanto aplicações mais complexas, como a seleção de materiais na engenharia.
Além disso, é uma ferramenta importante para identificar substâncias e analisar como elas se comportam em diferentes condições de temperatura e pressão. Assim, é um conceito indispensável para interpretar o mundo físico de forma mais crítica e fundamentada.
Neste texto, você vai entender o que é massa específica, quais fatores influenciam em sua determinação e suas aplicações. Acompanhe abaixo.
Navegue pelo conteúdo
A massa específica
A massa específica (ρ) é um conceito fundamental da Física, especialmente no estudo da matéria e suas propriedades. Ela é definida como a relação entre a massa (m) de um material e o volume (V) que ele ocupa. A expressão é simples:
O resultado dessa razão nos diz a quantidade de massa que existe por unidade de volume de uma substância. Em outras palavras, ela indica o “grau de compactação” da matéria.
As unidades mais comuns de massa específica são:
- kg/m³ (quilograma por metro cúbico) – unidade do Sistema Internacional (SI);
- g/cm³ (grama por centímetro cúbico) – muito usada em química cotidiana; e
- kg/L (quilograma por litro) – comum em contextos com líquidos.
A conversão entre elas é simples:
Um exemplo prático para entender melhor essa ideia é a água. Ela tem massa específica de 1 g/cm³, ou seja, 1000 kg/m³. Isso significa que 1 litro de água, utilizado ao cozinhar ou abastecer garrafas, tem 1 kg.
Comparar a massa específica de diferentes materiais é útil para entender suas características:
- Água: 1000 kg/m³;
- Óleo de cozinha: cerca de 920 kg/m³;
- Ferro: aproximadamente 7800 kg/m³; e
- Ar: em torno de 1,2 kg/m³ (ao nível do mar e 25 °C).
Esses valores nos dizem, por exemplo, por que o óleo flutua na água (menor massa específica) e por que o ferro, mesmo em pequenos pedaços, afunda (maior massa específica).
Fatores que influenciam a massa específica
Temperatura
A maioria das substâncias sofre dilatação térmica com o aumento da temperatura — ou seja, seu volume aumenta. Como a massa permanece constante, a massa específica diminui.
Exemplo: Um litro de leite frio é ligeiramente mais denso que o mesmo litro aquecido. Essa variação, embora sutil, é considerada em processos industriais.
Pressão
Característica muito observada nos gases. Ao aumentar a pressão, o gás se comprime, ou seja, seu volume diminui, mas a massa permanece. Como resultado disso, a massa específica aumenta.
Exemplo: Um cilindro de gás de cozinha contém gás comprimido. Apesar de o volume do cilindro ser fixo, a quantidade de gás dentro dele é muito maior do que o mesmo gás teria em temperatura e pressão ambiente.
Estado físico
Uma substância pode ter massa específica muito diferente dependendo de seu estado físico:
- Água líquida: 1000 kg/m³;
- Gelo (água sólida): cerca de 920 kg/m³; e
- Vapor d’água (gás): cerca de 0,6 kg/m³.
Isso explica por que o gelo flutua na água: sua massa específica é menor, mesmo sendo a mesma substância.
Determinação da massa específica
A massa específica pode ser determinada experimentalmente por diferentes técnicas, de acordo com o tipo de substância e o grau de precisão necessário. Em laboratório, métodos simples e acessíveis são frequentemente utilizados:
- Balança e proveta: esse é o método mais simples. Usa-se uma balança para medir a massa e uma proveta graduada para medir o volume. É ideal para líquidos ou sólidos com forma regular, como cubos ou cilindros;
- Picnômetro: é um frasco de vidro com volume fixo, muito usado em química. É utilizado especialmente para obter a massa específica em líquidos com maior precisão que a proveta. Pesa-se o picnômetro vazio e depois cheio com o líquido, e com esses dados é possível calcular a massa específica; e
- Método de Arquimedes: é indicado para sólidos de forma irregular. Consiste em mergulhar o objeto em um líquido e medir quanto volume ele desloca. Esse volume é igual ao do objeto, e com a massa conhecida, calcula-se a massa específica.
Exemplo: Suponha um pedaço de metal com 200 g de massa que, ao ser mergulhado na água, desloca 50 cm³ de volume. Qual a massa específica?
Aplicações da massa específica
Identificação de substâncias
Em laboratório ou na indústria, a massa específica é usada para identificar substâncias. Se medimos uma amostra de um metal e encontramos 2,7 g/cm³, podemos compará-la com tabelas e concluir que provavelmente é alumínio.
Flutuação e Princípio de Arquimedes
O conceito de flutuação está diretamente ligado à massa específica. Um objeto flutua se sua massa específica for menor que a do líquido. O Princípio de Arquimedes afirma que um corpo imerso em um fluido sofre uma força de empuxo igual ao peso do fluido deslocado.
Exemplo: Um barco de aço flutua, apesar do aço ser mais denso que a água, porque o volume total do barco (incluindo o ar em seu interior) reduz sua massa específica média.
Misturas
Para misturas, como ligas metálicas ou soluções líquidas, a massa específica pode ser calculada por média ponderada, considerando as proporções de cada componente.
Exemplo: Uma liga com 70% cobre (8,9 g/cm³) e 30% estanho (7,3 g/cm³) terá massa específica próxima de:
Tecnologias
O conceito de massa específica é utilizado em diversas áreas como:
- Construção civil: A escolha de materiais depende da massa específica (cimento, concreto, aço estrutural).
- Indústria aeronáutica: Materiais leves e resistentes, como titânio e ligas de alumínio, são preferidos.
- Medicina: Substâncias de contraste usadas em exames têm alta massa específica para aparecerem claramente nas imagens radiológicas.
Densidade relativa
A densidade relativa (δ) é a razão entre a massa específica de uma substância e a massa específica de outra utilizada como referência, como a água (1 g/cm³ ou 1000 kg/m³), por exemplo. Essa razão não tem unidade e facilita comparações.
Se a densidade relativa em relação a um líquido for menor que 1, o objeto flutua; se for maior que 1, o objeto afunda.
Exemplo: Um bloco de madeira possui massa específica de 0,8 g/cm³, então sua densidade relativa em relação à água é:
Isso confirma que o bloco flutua na água.
A densidade relativa é muito usada na indústria alimentícia para medir a concentração de açúcares em bebidas. Outro ramo que a utiliza bastante é a indústria petroquímica, para classificar óleos (leves, médios ou pesados), além da enologia (vinhos), onde é utilizada para monitorar a fermentação.
Nesse contexto, entender a massa específica é fundamental para interpretar fenômenos e aplicações reais, como flutuação, compressão de gases e escolha de materiais, essenciais no vestibular e no dia a dia.
Questão envolvendo massa específica no vestibular
UNIFOR
Um corpo sólido, de massa 90 g e volume 100 cm3, encontra-se no fundo de um recipiente de um líquido de densidade 0,60 g/cm3. Misturando-se um outro líquido de densidade 1,5 g/cm3, o corpo começa a flutuar quando a densidade da mistura, em g/cm3, for superior a:
A) 0,9
B) 1,0
C) 1,1
D) 1,2
E) 1,3
Alternativa correta:
A
A massa específica do sólido é:
Lembre-se de que, para um objeto flutuar, sua densidade relativa em relação ao líquido deve ser menor que 1. Portanto, se a densidade do líquido for maior que 0,9 g/cm³, o objeto começará a flutuar.
Se prepare para o vestibular com o Estratégia!
Nos cursos preparatórios da Coruja, os alunos são treinados para conectar diferentes áreas do conhecimento e aplicar essas informações em simulados e provas. As aulas são ministradas por professores especialistas, com nossos Livros Digitais Interativos (LDI), além de contar com simulados exclusivos. Clique no banner e comece seus estudos com o Estratégia Vestibulares!
