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Materiais mais densos da Terra

Como os núcleons ( prótons e nêutrons ) compõem a maior parte da massa de átomos comuns, a densidade da matéria normal tende a ser limitada pela proximidade com a qual podemos empacotar esses núcleons e depende da estrutura atômica interna de uma substância. O material mais denso encontrado na Terra é o ósmio metálico , mas sua densidade empalidece em comparação com as densidades de objetos astronômicos exóticos, como estrelas anãs brancas e estrelas de nêutrons .

O que é volume específico

Volume específico é uma variável intensiva , enquanto volume é uma variável extensa. A unidade padrão para volume específico no sistema SI é de metros cúbicos por quilograma (m ³ / kg). A unidade padrão no sistema inglês é de pés cúbicos por libra-peso (pés ³ / lbm).

A densidade (ρ) de uma substância é recíproca do seu volume específico (ν).

ρ = m / V = ​​1 / ρ

Densidade é definida como a massa por unidade de volume . É também uma propriedade intensiva , matematicamente definida como massa dividida por volume:

ρ = m / V

Materiais mais densos da Terra – Materiais com menor volume específico

Como os núcleons ( prótons e nêutrons ) compõem a maior parte da massa de átomos comuns, a densidade da matéria normal tende a ser limitada pela proximidade com a qual podemos empacotar esses núcleons e depende da estrutura atômica interna de uma substância. O material mais denso encontrado na Terra é o ósmio metálico , mas sua densidade empalidece em comparação com as densidades de objetos astronômicos exóticos, como estrelas anãs brancas e estrelas de nêutrons .

Lista de materiais mais densos:

1. Ósmio – 22,6 x 10 ³ kg / m ³
2. Irídio – 22,4 x 10 ³ kg / m ³
3. Platina – 21,5 x 10 ³ kg / m ³
4. Rênio – 21,0 x 10 ³ kg / m ³
5. Plutônio – 19,8 x 10 ³ kg / m ³
6. Ouro – 19,3 x 10 ³ kg / m ³
7. Tungstênio – 19,3 x 10 ³ kg / m ³
8. Urânio – 18,8 x 10 ³ kg / m ³
9. Tântalo – 16,6 x 10 ³ kg / m ³
10. Mercúrio – 13,6 x 10 ³ kg / m ³
11. Ródio – 12,4 x 10 ³ kg / m ³
12. Tório – 11,7 x 10 ³ kg / m ³
13. Chumbo – 11,3 x 10 ³ kg / m ³
14. Prata – 10,5 x 10 ³ kg / m ³

Deve-se notar que o plutônio é um isótopo produzido pelo homem e é criado a partir de urânio em reatores nucleares . Mas, de fato, os cientistas descobriram vestígios de plutônio que ocorre naturalmente.

Se incluirmos elementos feitos pelo homem, o mais denso até agora é o Hássio . O hássio é um elemento químico com o símbolo Hs e o número atômico 108. É um elemento sintético (sintetizado pela primeira vez em Hasse na Alemanha) e radioativo. O isótopo conhecido mais estável, ²⁶⁹ Hs , tem uma meia-vida de aproximadamente 9,7 segundos. Tem uma densidade estimada de 40,7 x 10 ³ kg / m ³ . A densidade do Hássio resulta do seu alto peso atômico e da diminuição significativa nos raios iônicos dos elementos da série dos lantanídeos, conhecidos como contração de lantanídeos e actinídeos .

A densidade de Hassium é seguida pelo Meitnerium (elemento 109, nomeado em homenagem à física Lise Meitner), que tem uma densidade estimada de 37,4 x 10 ³ kg / m ³ .

O que é densidade

Densidade é definida como a massa por unidade de volume . É uma propriedade intensiva , matematicamente definida como massa dividida por volume:

ρ = m / V

Por palavras, a densidade (ρ) de uma substância é a massa total (m) dessa substância dividida pelo volume total (V) ocupado por essa substância. A unidade SI padrão é em quilogramas por metro cúbico ( kg / m ³ ). A unidade de inglês padrão é a libra-massa por pé cúbico ( lbm / ft ³ ). A densidade (ρ) de uma substância é recíproca do seu volume específico (ν).

ρ = m / V = ​​1 / ρ

Volume específico é uma variável intensiva , enquanto volume é uma variável extensa. A unidade padrão para volume específico no sistema SI é de metros cúbicos por quilograma (m ³ / kg). A unidade padrão no sistema inglês é de pés cúbicos por libra-peso (pés ³ / lbm).

Materiais mais densos da Terra

Como os núcleons ( prótons e nêutrons ) compõem a maior parte da massa de átomos comuns, a densidade da matéria normal tende a ser limitada pela proximidade com a qual podemos empacotar esses núcleons e depende da estrutura atômica interna de uma substância. O material mais denso encontrado na Terra é o ósmio metálico , mas sua densidade empalidece em comparação com as densidades de objetos astronômicos exóticos, como estrelas anãs brancas e estrelas de nêutrons .

Lista de materiais mais densos:

1. Ósmio – 22,6 x 10 ³ kg / m ³
2. Irídio – 22,4 x 10 ³ kg / m ³
3. Platina – 21,5 x 10 ³ kg / m ³
4. Rênio – 21,0 x 10 ³ kg / m ³
5. Plutônio – 19,8 x 10 ³ kg / m ³
6. Ouro – 19,3 x 10 ³ kg / m ³
7. Tungstênio – 19,3 x 10 ³ kg / m ³
8. Urânio – 18,8 x 10 ³ kg / m ³
9. Tântalo – 16,6 x 10 ³ kg / m ³
10. Mercúrio – 13,6 x 10 ³ kg / m ³
11. Ródio – 12,4 x 10 ³ kg / m ³
12. Tório – 11,7 x 10 ³ kg / m ³
13. Chumbo – 11,3 x 10 ³ kg / m ³
14. Prata – 10,5 x 10 ³ kg / m ³

Deve-se notar que o plutônio é um isótopo produzido pelo homem e é criado a partir de urânio em reatores nucleares . Mas, de fato, os cientistas descobriram vestígios de plutônio que ocorre naturalmente.

Se incluirmos elementos feitos pelo homem, o mais denso até agora é o Hássio . O hássio é um elemento químico com o símbolo Hs e o número atômico 108. É um elemento sintético (sintetizado pela primeira vez em Hasse na Alemanha) e radioativo. O isótopo conhecido mais estável, ²⁶⁹ Hs , tem uma meia-vida de aproximadamente 9,7 segundos. Tem uma densidade estimada de 40,7 x 10 ³ kg / m ³ . A densidade do Hássio resulta do seu alto peso atômico e da diminuição significativa nos raios iônicos dos elementos da série dos lantanídeos, conhecidos como contração de lantanídeos e actinídeos .

A densidade de Hassium é seguida pelo Meitnerium (elemento 109, nomeado em homenagem à física Lise Meitner), que tem uma densidade estimada de 37,4 x 10 ³ kg / m ³ .

Densidade da matéria nuclear

Densidade nuclear é a densidade do núcleo de um átomo. É a razão de massa por unidade de volume dentro do núcleo. Como o núcleo atômico carrega a maior parte da massa do átomo e o núcleo atômico é muito pequeno em comparação com o átomo inteiro, a densidade nuclear é muito alta.

A densidade nuclear de um núcleo típico pode ser calculada aproximadamente a partir do tamanho do núcleo e de sua massa. Os raios nucleares típicos são da ordem de 10 a ¹⁴ m . Assumindo a forma esférica, os raios nucleares podem ser calculados de acordo com a seguinte fórmula:

r = r ₀ . A ^1/3

onde r ₀ = 1,2 x 10 ^-15 m = 1,2 fm

Por exemplo, o urânio natural consiste principalmente no isótopo ²³⁸ U (99,28%), portanto, a massa atômica do elemento urânio está próxima da massa atômica do isótopo ²³⁸ U (238,03u). O raio deste núcleo será:

r = r ₀ . A ^1/3 = 7,44 fm.

Supondo que seja esférico, seu volume será:

V = 4πr ³ /3 = 1,73 x 10 ^-42 m ³ .

A definição usual de densidade nuclear fornece sua densidade:

ρ _núcleo = m / V = 238 x 1,66 x 10 ^-27 / (1,73 x 10 ^-42 ) = 2,3 x 10 ^{17 de} kg / m ³ .

Assim, a densidade do material nuclear é mais de 2,10 ¹⁴ vezes maior que a da água. É uma densidade imensa. O termo descritivo densidade nuclear também é aplicado a situações em que densidades similares ocorrem, como dentro de estrelas de nêutrons. Tais densidades imensas também são encontradas nas estrelas de nêutrons.

Gravidade Artificial

No século 20, o princípio de equivalência de Einstein colocou todos os observadores em movimento ou acelerando no mesmo pé. Einstein resumiu essa noção em um postulado:

Princípio da Equivalência:

Um observador não pode determinar, de forma alguma, se o laboratório que ele ocupa está em um campo gravitacional uniforme ou em um referencial que está acelerando em relação a um referencial inercial.

Isso levou a uma ambiguidade sobre o que exatamente se entende por força de gravidade e peso . Uma escala em um elevador em aceleração não pode ser distinguida de uma escala em um campo gravitacional. Assim, a força e o peso gravitacionais tornaram-se quantidades essencialmente dependentes da estrutura. De acordo com a teoria geral da relatividade, massa gravitacional e inercial não são propriedades diferentes da matéria, mas dois aspectos de uma propriedade fundamental e única da matéria.

Em situações em que a gravitação está ausente, mas o sistema de coordenadas escolhido não é inercial, mas é acelerado com o observador, as forças g e as correspondentes acelerações apropriadas sentidas pelos observadores nesses sistemas de coordenadas são causadas pelas forças mecânicas que resistem ao seu peso. sistemas. O método mais realista de produzir gravidade artificial , por exemplo, a bordo de uma estação espacial, pode ser imitado em uma nave espacial em rotação. Objetos dentro seriam empurrados em direção ao casco e terão algum peso. Esse peso é produzido por forças fictícias ou ” forças inerciais ” que aparecem em todos esses sistemas de coordenadas aceleradas. Ao contrário da gravidade real, que puxa em direção ao centro do planeta, a força centrípeta empurra em direção ao eixo de rotação.

Qual é o peso

Uma das forças mais familiares é o peso de um corpo, que é a força gravitacional que a Terra exerce sobre o corpo. Em geral, a gravitação é um fenômeno natural pelo qual todas as coisas com massa são trazidas uma para a outra. Os termos massa e peso geralmente são confundidos entre si, mas é importante distinguir entre eles . É absolutamente essencial entender claramente as distinções entre essas duas quantidades físicas.

Os termos geralmente são confundidos entre si, mas é importante distinguir entre eles. Na ciência e na engenharia, o peso de um objeto é geralmente considerado a força no objeto devido à gravidade. Em geral, a gravitação é um fenômeno natural pelo qual todas as coisas com massa são trazidas uma para a outra.A massa de um objeto é uma propriedade fundamental do objeto. É uma medida numérica de sua inércia e a medida da resistência de um objeto à aceleração quando uma força é aplicada. É também uma medida fundamental da quantidade de matéria no objeto. Quanto maior a massa, maior a força necessária para causar uma determinada aceleração. Isso se reflete na segunda lei de Newton  (F = ma).

A massa de um determinado corpo permanecerá constante, mesmo que a aceleração gravitacional que atua sobre esse corpo mude. Por exemplo, na Terra, um objeto tem uma certa massa e um certo peso . Quando o mesmo objeto é colocado no espaço sideral, longe do campo gravitacional da Terra, sua massa permanece a mesma, mas agora está em uma condição “sem peso”. Isso significa que nessa condição ele pesará zero, porque a aceleração gravitacional e, portanto, a força serão iguais a zero.

Massa e peso estão relacionados :

Corpos com grande massa também têm grande peso. Uma pedra grande é difícil de lançar por causa de sua grande massa e difícil de levantar do chão por causa de seu grande peso. Para entender a relação entre massa e peso, considere uma pedra que cai livremente, que possui uma aceleração de magnitude g (g = 9,81 m / s ² é a aceleração devida ao campo gravitacional da Terra). A segunda lei de Newton nos diz que uma força deve agir para produzir essa aceleração. Se uma pedra de 1 kg cair com uma aceleração da força necessária, terá magnitude:

F = ma = 1 [kg] x 9,81 [m / s ² ] = 9,8 [kg m / s ² ] = 9,8 N

A força que faz o corpo acelerar para baixo é o seu peso. Qualquer corpo próximo à superfície da Terra que tenha uma massa de 1 kg deve ter um peso de 9,8 N para dar a aceleração que observamos quando está em queda livre.

Exemplo: O peso de uma pedra na Terra, em Marte e na Lua

Peso de uma pedra na terra

A aceleração devida ao campo gravitacional da Terra é g _Terra = 9,81 m / s ^2. O peso de uma pedra com massa 1 kg na Terra pode ser calculado como:

F _Terra = 1 [kg] x 9,81 [m / s ² ] = 9,8 [kg m / s ² ] = 9,8 N

Peso de uma pedra em Marte

A aceleração da gravidade em Marte é aproximadamente 38% da aceleração da gravidade na Terra. A aceleração devida ao campo gravitacional da Lua é g _Marte = 3,71 m / s ² .

Portanto, o peso da mesma pedra com massa de 1 kg em Marte é:

F _Lua = 1 [kg] x 3,71 [m / s ² ] = 3,71 [kg m / s ² ] = 3,71 N

Peso de uma pedra na lua

A aceleração da gravidade na Lua é aproximadamente 1/6 da aceleração da gravidade na Terra. A aceleração devida ao campo gravitacional da Lua é g _Lua = 1,62 m / s ² .

Portanto, o peso da mesma pedra com massa 1 kg na Lua é:

F _Lua = 1 [kg] x 1,62 [m / s ² ] = 1,62 [kg m / s ² ] = 1,62 N

Massa Relativística

Enquanto a massa é normalmente considerada uma propriedade imutável de um objeto, a velocidades próximas à velocidade da luz, é preciso considerar o aumento da massa relativística . A definição relativística de momento às vezes é interpretada como um aumento na massa de um objeto. Nesta interpretação, uma partícula pode ter uma massa relativística, m _rel . O aumento da massa efetiva com velocidade é dado pela expressão:

Nesta fórmula de “aumento de massa”, m é referido como a massa restante do objeto. Segue-se dessa fórmula que um objeto com massa de repouso diferente de zero não pode viajar na velocidade da luz. À medida que o objeto se aproxima da velocidade da luz, o momento do objeto aumenta sem limites. Por outro lado, quando a velocidade relativa é zero, o fator de Lorentz é simplesmente igual a 1 e a massa relativística é reduzida à massa restante. Com essa interpretação, a massa de um objeto parece aumentar à medida que sua velocidade aumenta. É preciso acrescentar que muitos físicos acreditam que um objeto tem apenas uma massa (sua massa em repouso) e que é apenas o momento que aumenta com a velocidade.

Quilograma padrão

O quilograma padrão

O símbolo usual para massa é me sua unidade SI é o quilograma . O padrão de massa SI é um cilindro de platina e irídio que é mantido no Bureau Internacional de Pesos e Medidas perto de Paris e atribuído, por acordo internacional, uma massa de 1 kg.

Peso na Terra, Marte e Lua

Massa e peso estão relacionados : Corpos com grande massa também têm grande peso. Uma pedra grande é difícil de lançar por causa de sua grande massa e difícil de levantar do chão por causa de seu grande peso. Para entender a relação entre massa e peso, considere uma pedra que cai livremente, que possui uma aceleração de magnitude g (g = 9,81 m / s ² é a aceleração devida ao campo gravitacional da Terra). A segunda lei de Newton nos diz que uma força deve agir para produzir essa aceleração. Se uma pedra de 1 kg cair com uma aceleração da força necessária, terá magnitude:

F = ma = 1 [kg] x 9,81 [m / s ² ] = 9,8 [kg m / s ² ] = 9,8 N

A força que faz o corpo acelerar para baixo é o seu peso. Qualquer corpo próximo à superfície da Terra que tenha uma massa de 1 kg deve ter um peso de 9,8 N para dar a aceleração que observamos quando está em queda livre.

Exemplo: O peso de uma pedra na Terra, em Marte e na Lua

Peso de uma pedra na terra

A aceleração devida ao campo gravitacional da Terra é g _Terra = 9,81 m / s ^2. O peso de uma pedra com massa 1 kg na Terra pode ser calculado como:

F _Terra = 1 [kg] x 9,81 [m / s ² ] = 9,8 [kg m / s ² ] = 9,8 N

Peso de uma pedra em Marte

A aceleração da gravidade em Marte é aproximadamente 38% da aceleração da gravidade na Terra. A aceleração devido ao campo gravitacional da Lua é g _Marte = 3,71 m / s ² .

Portanto, o peso da mesma pedra com massa de 1 kg em Marte é:

F _Lua = 1 [kg] x 3,71 [m / s ² ] = 3,71 [kg m / s ² ] = 3,71 N

Peso de uma pedra na lua

A aceleração da gravidade na Lua é aproximadamente 1/6 da aceleração da gravidade na Terra. A aceleração devida ao campo gravitacional da Lua é g _Lua = 1,62 m / s ² .

Portanto, o peso da mesma pedra com massa 1 kg na Lua é:

F _Lua = 1 [kg] x 1,62 [m / s ² ] = 1,62 [kg m / s ² ] = 1,62 N

O que é massa

Uma das forças mais familiares é o peso de um corpo, que é a força gravitacional que a Terra exerce sobre o corpo. Em geral, a gravitação é um fenômeno natural pelo qual todas as coisas com massa são trazidas uma para a outra. Os termos massa e peso são frequentemente confundidos entre si, mas é importante distinguir entre eles . É absolutamente essencial entender claramente as distinções entre essas duas quantidades físicas.

Massa e peso estão relacionados : Corpos com grande massa também têm grande peso. Uma pedra grande é difícil de lançar por causa de sua grande massa e difícil de levantar do chão por causa de seu grande peso. Para entender a relação entre massa e peso, considere uma pedra que cai livremente, que possui uma aceleração de magnitude g (g = 9,81 m / s ² é a aceleração devida ao campo gravitacional da Terra). A segunda lei de Newton nos diz que uma força deve agir para produzir essa aceleração. Se uma pedra de 1 kg cair com uma aceleração da força necessária, terá magnitude:

F = ma = 1 [kg] x 9,81 [m / s ² ] = 9,8 [kg m / s ² ] = 9,8 N

A força que faz o corpo acelerar para baixo é o seu peso. Qualquer corpo próximo à superfície da Terra que tenha uma massa de 1 kg deve ter um peso de 9,8 N para dar a aceleração que observamos quando está em queda livre.

Exemplo: O peso de uma pedra na Terra, em Marte e na Lua

Peso de uma pedra na terra

A aceleração devida ao campo gravitacional da Terra é g _Terra = 9,81 m / s ^2. O peso de uma pedra com massa 1 kg na Terra pode ser calculado como:

F _Terra = 1 [kg] x 9,81 [m / s ² ] = 9,8 [kg m / s ² ] = 9,8 N

Peso de uma pedra em Marte

A aceleração da gravidade em Marte é aproximadamente 38% da aceleração da gravidade na Terra. A aceleração devida ao campo gravitacional da Lua é g _Marte = 3,71 m / s ² .

Portanto, o peso da mesma pedra com massa de 1 kg em Marte é:

F _Lua = 1 [kg] x 3,71 [m / s ² ] = 3,71 [kg m / s ² ] = 3,71 N

Peso de uma pedra na lua

A aceleração da gravidade na Lua é aproximadamente 1/6 da aceleração da gravidade na Terra. A aceleração devida ao campo gravitacional da Lua é g _Lua = 1,62 m / s ² .

Portanto, o peso da mesma pedra com massa 1 kg na Lua é:

F _Lua = 1 [kg] x 1,62 [m / s ² ] = 1,62 [kg m / s ² ] = 1,62 N

O quilograma padrão

O símbolo usual para massa é m e sua unidade SI é o quilograma . O padrão de massa SI é um cilindro de platina e irídio que é mantido no Bureau Internacional de Pesos e Medidas perto de Paris e atribuído, por acordo internacional, uma massa de 1 kg.

Massa vs. Peso

Uma das forças mais familiares é o peso de um corpo, que é a força gravitacional que a Terra exerce sobre o corpo. Em geral, a gravitação é um fenômeno natural pelo qual todas as coisas com massa são trazidas uma para a outra. Os termos massa e peso são frequentemente confundidos entre si, mas é importante distinguir entre eles . É absolutamente essencial entender claramente as distinções entre essas duas quantidades físicas.