densità

Fisica

D. materiale

D. assoluta

Per un corpo omogeneo, è il rapporto ρ  tra la massa m e il volume V  (v. tab.);

se il corpo non è omogeneo, la d. va definita punto per punto: in un punto P essa è il rapporto tra la massa infinitesima dm dell’elemento circostante a P e il volume infinitesimo dV dell’elemento medesimo: ρ=dm/dV. Se una delle dimensioni del corpo risulta trascurabile rispetto alle altre, in modo da avere una distribuzione sensibilmente superficiale di materia (lastre, membrane ecc.), si parla di una d. areica (o superficiale), rapporto fra massa e superficie; analogamente, per corpi sensibilmente unidimensionali (fili ecc.) si parla di d. lineica (o lineare), rapporto fra massa e lunghezza. Per quanto riguarda le dimensioni di una d., queste risultano pari a [ml−3] o [ml−2] o [ml−1] a seconda che si tratti di una d. volumica, areica o lineica. La d. di una sostanza non varia, come non variano massa e volume, da luogo a luogo; essa dipende invece in generale dalla temperatura e dalla pressione che influiscono sul volume del corpo (l’influenza della pressione è però trascurabile per i solidi e per i liquidi, praticamente incompressibili). Il volume generalmente cresce al crescere della temperatura (➔ dilatazione): quindi, restando invariata la massa, diminuisce la densità. A questa legge fanno tuttavia eccezione alcune sostanze, fra le quali la più rilevante è l’acqua (la cui d. ha a 4 °C il suo massimo).

D. relativa

È il rapporto δ=m/m_a tra la massa m di un certo volume di una sostanza e la massa ma di un ugual volume di acqua distillata a 4 °C. Si parla di d. relativa, ma a rigore si dovrebbe definire d. relativa all’acqua. Se un corpo ha un volume V e una massa m ed è ma la massa di un ugual volume di acqua (distillata, 4 °C), fra la d. assoluta ρ e quella relativa δ passa la relazione ρ=δma/V.

Vengono utilizzati i densimetri per la misurazione di d. assolute o relative (i picnometri, la bilancia di Archimede, l’effusiometro, gli areometri).

Altri tipi di densità

D. elettriche

La d. di carica elettrica è il rapporto fra la carica elettrica (➔ carica) distribuita entro un volume, o una superficie o lungo una linea, e il volume, l’area della superficie o la lunghezza della linea.

D. energetiche

La d. di energia è il rapporto fra l’energia (potenza) dW contenuta nel volume dV e dV medesimo: w=dW/dV. Nel SI la d. di energia si misura in J/m³, mentre la d. di potenza si misura in W/m³.

D. ottica

Grandezza introdotta in ottica per valutare, in modo particolarmente significativo, la trasparenza di un mezzo. Corrisponde al logaritmo decimale dell’inverso del fattore di trasmissione; così, un mezzo perfettamente trasparente, cioè con un coefficiente di trasparenza 1, ha d. ottica nulla.

Si utilizza il densitometro per misurare la d. ottica di pellicole o di stampe fotografiche, di cromatogrammi, di tracciati elettroforetici ecc. I densitometri usati nelle analisi elettroforetiche sono chiamati usualmente, ma non propriamente, fotometri, mentre quelli usati nei laboratori fotografici sono detti microfotometri.

Astronomia

D. critica

È il valore della d. dell’Universo che, secondo i modelli cosmologici standard (➔ cosmologia), discrimina fra un Universo aperto (la cui espansione dura per sempre) e un Universo chiuso (in cui alla fase di espansione succede una fase di contrazione). Il valore della d. critica (ρc) può essere derivato con semplici considerazioni di meccanica classica, paragonando l’espansione dell’Universo al moto di un oggetto lanciato verticalmente verso l’alto dalla superficie di un corpo celeste; si trova:

dove H e G sono la costante di Hubble e la costante di gravitazione universale, rispettivamente. Per H=100 km s⁻¹ Mpc⁻¹ (essa è in realtà un po’ inferiore), si ha ρ_c=2∙10^–26 kg/m³ (pari alla densità di ~ 10 atomi di idrogeno/m³). In cosmologia, la d. (ρ) dell’Universo viene usualmente espressa nella forma del parametro di d., definito come il rapporto Ω=ρ/ρ_c.. Una stima della massa dell’Universo, basata sulla materia osservabile nelle galassie, conduce a un valore di Ω nettamente minore di 1 (fra 0,01 e 0,1). Ciò implicherebbe che l’Universo sia aperto. È tuttavia concepibile che una parte, addirittura preponderante, della massa dell’Universo sia invisibile. L’esistenza di questa ‘massa oscura’, necessaria per ‘chiudere’ l’Universo, è tuttora controversa.

Ecologia

fig.

È la misura della dimensione di una popolazione riferita all’unità di spazio geografico (area o volume), valutabile in forma numerica (cioè come numero di organismi) o come biomassa (peso secco, contenuto in DNA ecc.). Possiamo distinguere una d. aspecifica (numero di individui o biomassa/spazio totale) e una d. specifica o ecologica (numero di individui o biomassa/spazio realmente utilizzato dalla specie; v. fig.), che tiene conto delle caratteristiche dell’area e della capacità di colonizzazione della popolazione. Il limite inferiore della d. è difficile da valutare, mentre quello superiore è di più semplice determinazione perché dipende dalla quantità di energia disponibile nel sistema, dalle dimensioni degli organismi, dal loro metabolismo e dal loro livello trofico. La valutazione della d. di una popolazione si può effettuare in diversi modi, per es. tramite la conta degli organismi, che è facile per gli organismi sessili o grandi, oppure tramite marcaggio e ricattura; questa tecnica viene utilizzata per organismi dotati di alta vagilità come uccelli o farfalle.