Dentsitate (fisika)

Fisikan eta Kimikan, dentsitatea deritzo bolumen jakin batean dagoen masaren kantitateari dagokion magnitudeari. Zehatzago izendaturik, "masa-dentsitatea" edo "dentsitate masikoa" terminoak ere erabiltzen dira preseski, zein magnituderen dentsitatea den adierazteko; izan ere, masa magnitudearekin erabiltzeaz gain, "dentsitate" izena elkartutik agertzen da hainbat magnitude fisikorekin, hala nola "energia-dentsitatea", "korronte-dentsitatea"... terminoetan. Dena den, artikulu hau masa-dentsitateari buruzkoa da, eta hemendik aurrera dentsitate hitz hutsaz aipatuko da, bestelako magnituderen izenik erantsi gabe.

Dentsitate hitza latinezko densĭtas, -ātis hitzetik dator, eta greziar alfabetoko  letrarekin sinbolizatzen da ("rho" deitzen da). Magnitude eratorria da,  dimentsioa duena, eta nazioarteko SI sisteman dagokion unitatea  edo  da. Ur puruaren dentsitatea  da -ko tenperaturan.

Dentsitate kontzeptuari buruzko historia laburra 

Kondaira zahar batek kontatzen duenez, Sirakusako Hieron II.ak (K.a. 308–K.a. 215) susmoa zeukan bitxigile batek urrea lapurtu ote zion koroa bat fabrikatzean. Nahiz eta koroak urretan emandako pisu berbera zeukan, erregeak uste izan zuen urre guztia ez zegoela koroan, baizik eta urrearen parte bat beste metal batez ordezkatua izan zela, zilarraz edo. Hortaz, bere garaiko jakintsu handienetakoa zen Arkimedesi (K.a. 287–K.a. 212) eskatu zion arazoa argitzea.

Elezaharrak dioenez, bainu bat hartzen ari zelarik, jarritako problema horri buruzko hausnarketan ziharduela, Arkimedes konturatu zen, uretara sartzean bainuontziko uraren gainazala igo egiten zela, bere gorputzak uretan betetzen zuen bolumenaren kausaz. Sakonago pentsatuz, eta ideia bera koroaren bolumenari aplikatuz, ondorioztatu zuen ezen, gorputza zenbat eta astunago izan, hainbat eta bolumen txikiagoa betetzen zuela. Berak bazekien urrea beste metal guztiak baino askoz astunagoa zela, eta beste edozein metalek bolumen handiago behar zuela urrearen pisu bera izateko. Kontakizunak dioenez, aurkikuntza hori egitean hain pozik jarri zen ezen biluzik eta korrika irten zela bainuontzitik kalera «Eureka! Eureka!» oihukatuz (grezieraz Εύρηκα hitzak «aurkitu dut» esan nahi zuen).

Gaur egun, hizkuntza askotan erabiltzen da hitz hori, aurkikuntza-uneko pozkaria adierazteko. Hortik hasi omen zen dentsitate kontzeptua zehazten. Baina, izatez, istorio hori gertatu baino bi mende geroago agertu zen lehen aldiz testu idatzi batean, Marko Vitrubiok idatzitako De Architectura liburuan, preseski; horregatik, jakintsu askok zalantzan jartzen dute kontakizun horren egiazkotasuna.

Istorio beraren beste bertsio batek dioenez, Arkimedesek goranzko bultzada bat sentitu omen zuen uretan sartzean, eta pentsatu zuen uretan sarturiko edozein gorputzek goranzko bultzada hori jasotzen zuela, baita erabat murgildurik ez zeudenak ere; hortik, gorputz arinak flotatzea, baina gorputz astunak hondoratzea. Eta horregatik, zenbat eta dentsoagoak izan, bultzada txikiagoa jasotzea pisu berean, alboko animazioko irudian ikus daitekeenez. Bertsio horretatik abiaturik sortu zen gaur egun Arkimedesen printzipioa izenaz ezagutzen duguna.

Mota desberdinetako dentsitateak 
Masa-dentsitatearen definizio orokorrean oinarriturik, praktikan hortik eratorritako beste "dentsitate" batzuk definitu ohi dira.

Dentsitate absolutua 
Definizioz, substantzia jakin baten masa-dentsitatea edo dentsitate absolutua deritzo substantzia horren masaren eta bolumenaren arteko zatidurari. Gorputzak homogeneoak direnean, balio hori gorputz osoari eta beraren parte guztiei dagokie. Baina gorputz fisikoek substantzia desberdinez osaturik egon daitezkeenez —heterogeneoak direnean—, parte batetik bestera dentsitate desberdinak izan ditzakete. Horregatik, gorputzen ez-homogeneotasun hori kontuan harturik, batez besteko dentsitatea (edo dentsitate "globala") eta puntuko dentsitatea edo "dentsitate puntuala" definitzen dira.

Batez besteko dentsitatea 
Definizioz, edozein formako eta substantziako gorputz baten batez besteko dentsitate absolutua gorputzaren masaren eta bolumenaren arteko erlazioa da:Gorputza homogeneoa dela esaten da, puntu guztietan material berbera badu; horrek esan nahi du, bere puntu guztietan dentsitate berbera duela. Baina gerta daiteke gorputza homogeneoa ez izatea, hau da, materiala berbera ez izatea puntu guztietan, eta ezta dentsitatea ere; orduan gorputza ez-homogeneoa edo heterogeneoa dela esaten da.

Dentsitate puntuala 
Gorputz ez-homogeneoetako puntu desberdinetan dentsitate desberdinak daudenez, puntu bakoitzaren inguruko dentsitateaz hitz egiten da: dentsitate puntuala da hori (puntu bakoitzaren inguru hurbileko dentsitatea, alegia). Bistan denez, batez besteko dentsitatea eta dentsitate puntuala desberdinak izango dira, oro har, gorputz ez-homogeneoetan. Puntu jakin baten inguruko  bolumen txikia kontuan hartuz, eta bolumen horri dagokion masa  izanik, honelaxe definitzen da limite modura  puntu jakinaren dentsitate puntuala,  :Material homogeneoen kasuan, puntu guztietako dentsitate puntuala eta gorputz osoaren batez besteko dentsitatea elkarren berdinak dira. Hortaz, material homogeneo bakoitzak bere dentsitatea du, beste materialetatik desberdina dena. Adibide modura, berunezko objektu bat kortxozko (artelazkizko) beste objektu bat baino dentsoagoa da —dentsitate handiagoa du—, tamainaren menpekotasunik gabe.

Dentsitate erlatiboa 

Definizioz, substantzia homogeneo baten dentsitate erlatiboa ( sinboloaz adierazi ohi da) ere dentsitate absolutuaren eta eta uraren dentsitate absolutuaren arteko zatidura da:Gorago aipatu den bezala, sistema metriko hamartarrean, uraren dentsitate absolutua  da, edo gauza bera dena, , neurketa egitean presioa eta tenperatura honako hauek izanik hurrenez hurren:  eta . Definizioaren ondorioz, baldintza horietan uraren dentsitate erlatiboa  da, dimentsiorik gabea, ura hartzen baita substantzia guztientzako erreferentziatzat. Alegia, dentsitate erlatiboa magnitude adimentsionala da, bi dentsitate absoluturen arteko zatidura baita. Praktikan, likido eta solidoen kasuan erabiltzen da uraren dentsitatea erreferentziatzat hartzen duen definizio hori.

Gasen kasuan, dentsitate absolutuak askoz txikiagoak direnez, ohitura dago erreferentziatzat airearen dentsitatea hartzeko, Aireak -ko presioan eta -ko tenperaturan daukan dentsitate absolutuak  balio du.

Masa-dentsitatearen neurketa 
Dentsitatea lortzeko hainbat modu daude. Objektu zurrunen kasuan, zeinetan dentsitatea urarena baino handiagoa den, lehenik balantza batean neurtzen da masa, eta ondoren, bolumena lortzen da. Bolumena kalkulatzeko, objektua uretan sartzean desplazatutako uraren kantitatea neurtzen da; dena den, objektuaren forma geometrikoa ezaguna bada, bolumenaren kalkulua modu zuzenean egin daiteke formula geometrikoa erabiliz. Bukatzeko, masaren eta bolumenaren arteko zatidura kalkulatzen da, eta horixe da dentsitate absolutuaren balioa.

Dentsimetroa 
Likidoen dentsitatea praktikan neurtzeko, dentsimetro izeneko tresna erabil daiteke. Dentsimetroa bi aldetatik itxita dagoen hodi bat da, mutur batean pisu astuna duena, likidoan murgiltzean zutik geratzen dena flotatzen, erabat hondoratu gabe; hodiaren beste aldea kalibratuta dago, noraino murgiltzen den neurtu ahal izateko. Kalibrazioari esker, dentsimetroa sartzean zuzenean neurtzen da likidoaren dentsitatea. Horretarako, likidoak -ko tenperatura izan behar du, eta dentsimetroak geldi egon behar du irakurketa egiten den bitartean.

Dentsitatearen unitateak 
Dentsitatea adierazteko gehien erabiltzen diren unitateak honakoak dira:

 SI sistemako unitatea  da, eta “kilogramo zati metro kubiko” edo "kilogramo metro kubiko bakoitzeko" irakurtzen da.

 Zenbait arlotan  unitatea erabiltzen da ("gramo zati zentimetro kubiko")

 Likidoekin ohikoa da  unitatea ("kilogramo litroko" irakurtzen da), edo, gauza bera dena, . Uraren dentsitatea  denez, baliokidetza dago: 

 Likido biologikoen kasuan masa-dentsitatea  (alegia, ) unitatetan adierazi ohi da ("gramo litroko" irakurtzen da).
 Gasen kasuan ere, "gramo litroko" unitatea erabiltzen da gehienetan, gas idealen konstante unibertsalaren unitatetan,  , ageri den litro unitatearekin batera joateko.

Dentsitatearen aldaketa tenperatura eta presioaren funtzioan 
Masa-dentsitateak tenperaturaren funtzioan duen aldaketa bero-dilatazioaren koefizientearen (zabalkuntza-koefizientearen) bidez deskribatzen da solido eta likidoen kasuan.

Ur puruaren dentsitatea 

Ur puruaren portaerak berezitasun bat ageri du. Normalean, solido eta likidoen masa-dentsitatea txikiagotuz doa tenperatura igo ahala, baina uraren kasuan, ur likidoaren dentsitate maximoa (presio atmosferiko normalean)  balioko tenperaturan gertatzen da; zehazki, tenperatura horretan  da. Bestela esanda,  tenperatura-bitartean, tenperatura igotzean, dentsitatea handiagotu egiten da. Hain zuzen, -an, ura fase likidoan dagoela, beraren dentsitateak  balio du; gainera, tenperatura horretan ura fase solidoan izotz bihurturik egonik, izotzaren dentsitatea  da. Arrazoi horrengatik, izotza flotatzen geratzen da urazalean, iceberg-en kasuan bezala. Bestalde, grafikoan ikus daitekeenez, dentsitatearen kurbak forma parabolikoa du, gutxi gorabehera.

Gasen lege orokorra 
Gas idealen lege orokorrak  presio,  tenperatura eta  bolumen aldagaien arteko erlazio matematikoa adierazten du:

non  molen kopurua den eta  gasen konstantea (). Gasaren masa konstantea deean, legearen arabera,  eta  egoeretan hiru aldagai horiek izan dituzten balioen artean erlazio hau betetzen da:Zer esanik ez, bi egoeretako presioa berbera den kasuan (), bolumena eta tenperatura elkarren proportzionalak izango dira:

Baina dentsitatea  denez, horrek esan nahi du dentsitatea eta tenperatura alderantziz proportzionalak direla:

Airearen dentsitatea 
Airea gasa izanik, oso kontuan eduki behar da, beraz, presioak masa-dentsitatean daukan eragina. Baina presio konstantepean agerikoa izango da alderantzizko proportzionaltasun hori. Aire lehorraren kasuan, ondoko taula eta grafikoa presio atmosferiko normalean, , harturiko neurriei dagozkie. Datu esperimentalak nahiko ondo hurbiltzen dira gas idealen eredu teorikora, dentsitatearen eta tenperaturaren arteko alderantzizko proportzionaltasuna erakutsiz, gutxi gorabehera.

Hainbat substantziaren masa-dentsitatea

Elementu kimikoen dentsitatea 
Ondoko taula periodikoan, elementu kimikoek laborategiko baldintzetan duten dentsitatea dago adierazita, unitatetan emana. Izatez, osmioak eta iridioak dentsitatea handiagoa daukaten elementuen dentsitatea teorikoa da, zeren elementu erradioaktibo superastunak oso kantitate txikietan sortzen baitira edo bizkorregi desintegratzen baitira neurketa egin ahal izateko.

Bestalde, hauxe da elementuen masa-dentsitatea euren fusio-puntuan eta unitatean emana:

Beste magnitude fisiko batzuen dentsitateak 
Hasierako aurkezpenean aipatu denez, Fisikako hainbat arlotan erabiltzen da “dentsitate” kontzeptua. Horrelakoak ondoko taula eskematikoan adierazi dira, magnitude fisiko horien dentsitateak zer esan nahi duten azalduz.

Erreferentziak

Bibliografia 
 Etxebarria Bilbao, J.R. (arg.) Fisika orokorra (2. argitalpena), UEU, (2003) ISBN 9788484380450. Noiz kontsultatua: 2018-12-07
 M. Fishbane, Paul (2008) Fisika zientzialari eta ingeniarientzat. 1. bolumena, (1.etik-21.era Gaiak) Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea ISBN 9788490820308 PMC932800438.
 Marcelo Alonso, Edward J. Finn (1976). Física. Fondo Educativo Interamericano.

Ikus gainera 
 masa
 bolumena
 Arkimedesen printzipioa
 pisua
 airea
 pisu espezifikoa
 bolumen espezifikoa
 gasa

Magnitude fisikoak
Dentsitatea