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  • La densità dell'acciaio dipende dalla temperatura, ma soprattutto dal tipo di acciaio. A temperatura ambiente (20 °C) la densità dell'acciaio è compresa tra 7500 kg/m3 e 8000 kg/m3.

    \mbox{Densit}\grave{\mbox{a}}\mbox{ acciaio} \ \to \ \mbox{tra } 7500 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} \mbox{ e } 8000 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}

    Ciò vuol dire che 1 metro cubo di acciaio ha una massa compresa tra 7500 e 8000 chilogrammi, ossia tra 7,5 e 8 tonnellate.

    L'acciaio è una lega metallica composta principalmente da ferro e carbonio, ma comunque con una percentuale di carbonio non superiore al 2,06%. Oltre questo limite, infatti, le proprietà della lega cambiano e si passa alla ghisa.

    Tra i tipi di acciaio più diffusi vi sono l'acciaio al carbonio e l'acciaio inox, che si differenziano per la loro composizione chimica.

    Densità dell'acciaio al carbonio (o acciaio comune)

    L'acciaio al carbonio è quello più diffuso e meno pregiato, tanto che viene anche detto acciaio comune, ed è costituito solo da ferro e carbonio. Quest'ultimo è presente in quantità differenti a seconda delle caratteristiche che la lega finale deve avere, con una conseguente variazione della densità.

    In assenza di informazioni specifiche, alla temperatura di 20 °C la densità dell'acciaio al carbonio è compresa tra 7800 e 7900 chilogrammi al metro cubo, con un valore medio di 7850 kg/m3, ottenuto dalla media aritmetica tra il valore minimo e quello massimo.

    \mbox{Densit}\grave{\mbox{a}}\mbox{ acciaio al carbonio} = 7850 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} \ (\mbox{Valore medio a } 20 \ ^{\circ}\mbox{C})

    Densità dell'acciaio inox

    L'acciaio inox (o acciaio inossidabile) è una lega ferrosa costituita da una bassissima percentuale di carbonio e da una percentuale di cromo superiore all'11%, che conferisce all'acciaio la tipica resistenza alla corrosione che contraddistingue questo metallo. Oltre al cromo, nell'acciaio inossidabile sono presenti altri metalli tra cui nichel, molibdeno e rame.

    La seguente tabella riporta i valori medi delle densità degli acciai inox più utilizzati espressi in chilogrammi al metro cubo (kg/m3).

     

    Tipi d'acciaio inox

    Densità acciaio inossidabile (kg/m3)

    Acciaio inox 304

    7930

    Acciaio inox 309

    7980

    Acciaio inox 310

    8220

    Acciaio inox 316

    8220

    Acciaio inox 321

    8020

    Acciaio inox serie 400

    7730

     

    Densità dell'acciaio in altre unità di misura

    Solitamente si preferisce esprimere la densità dell'acciaio in kg/m3, ossia usando l'unità di misura di riferimento della densità nel Sistema Internazionale.

    Se ti dovessero servire i valori della densità dell'acciaio in grammi al centimetro cubo (g/cm3) oppure in chilogrammi al decimetro cubo (kg/dm3), basterebbe convertire la densità in kg/m3 nell'unità di misura desiderata, moltiplicando o dividendo per uno specifico fattore di conversione.

    Poiché 1 metro cubo equivale a 1000 decimetri cubi, risulta:

    1 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} = \frac{1 \mbox{ kg}}{1000 \mbox{ dm}^3} = \frac{1}{1000} \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{dm}^3} = 0,001 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{dm}^3}

    Analogamente, ricordando che 1 kg corrisponde a 1000 grammi e che 1 metro cubo equivale a 106 centimetri cubi, si ottiene che

    1 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} = \frac{10^3 \mbox{ g}}{10^6 \mbox{ cm}^3} = \frac{1}{1000} \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{cm}^3} =0,001 \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{cm}^3}

    In definitiva la densità dell'acciaio espressa sia in kg/dm3 che in g/cm3 si ricava dividendo per 1000 la densità in kg/m3.

    A titolo di esempio calcoliamo il valore medio della densità dell'acciaio comune in kg/dm3 e in g/cm3

    \\ \mbox{Densit}\grave{\mbox{a}} \mbox{ acciaio al carbonio} = 7850 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} = \\ \\ =(7850:1000) \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{dm}^3} = 7,85 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{dm}^3}\ (\mbox{Valore medio a } 20 \ ^{\circ}\mbox{C}) \\ \\ \\ \mbox{Densit}\grave{\mbox{a}} \mbox{ acciaio al carbonio} = 7850 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3} = \\ \\ =(7850:1000) \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{cm}^3} = 7,85 \ \frac{\mbox{g}}{\mbox{cm}^3}\ (\mbox{Valore medio a } 20 \ ^{\circ}\mbox{C})

    Densità dell'acciaio e temperatura

    La densità (\rho) di un corpo rigido e omogeneo è definita come il rapporto tra massa (M) e volume (V)

    \rho=\frac{M}{V}

    e dipende dalla natura del corpo che si considera e dalle condizioni in cui si trova. In particolare, il fattore che incide maggiormente sulla densità dell'acciaio, e più in generale di un qualsiasi materiale allo stato solido, è la temperatura.

    Ciò è dovuto al fatto che una variazione di temperatura induce un cambiamento di volume, a causa del fenomeno fisico della dilatazione volumica. Nello specifico, a parità di massa:

    - all'aumentare della temperatura il volume aumenta, e quindi la densità diminuisce;

    - al diminuire della temperatura anche il volume diminuisce, e di conseguenza la densità aumenta.

    Se indichiamo con:

    \rho_{20} la densità dell'acciaio a 20 °C,

    \rho_T la densità dell'acciaio alla temperatura T,

    \Delta T = (T-20) \ ^{\circ}\mbox{C} la variazione di temperatura,

    allora la densità dell'acciaio alla temperatura T è data da

    \rho_T = \rho_{20} \cdot \frac{1}{1+k\Delta T}

    dove k è il coefficiente di dilatazione volumica dell'acciaio che, ovviamente, dipende dal tipo di acciaio considerato.

    Per fissare le idee consideriamo l'acciaio comune, il cui coefficiente di dilatazione volumica è pari a 0,000036 °C-1

    k=0,000036 \ ^{\circ}\mbox{C}^{-1} = 3,6 \times 10^{-5} \ ^{\circ}\mbox{C}^{-1}

    e calcoliamone la densità a 0 °C.

    La densità media dell'acciaio al carbonio a 20 °C è di 7850 kg/m3

    \rho_{20} = 7850 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}

    La temperatura T è di 0 °C

    T= 0 \ ^{\circ}\mbox{C}

    e quindi la variazione di temperatura è di -20 °C

    \Delta T = (T-20) \ ^{\circ}\mbox{C} = (0-20)\ ^{\circ}\mbox{C} = -20 \ ^{\circ}\mbox{C}

    Sostituiamo nella formula sul calcolo della densità al variare della temperatura:

    \\ \rho_{0} = \left(7850 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}\right) \cdot \frac{1}{1+\left[\left(3,6 \times 10^{-5} \ ^{\circ}\mbox{C}^{-1} \right) \cdot \left(-20 \ ^{\circ}\mbox{C}\right)\right]}= \\ \\ \\ = \left(7850 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}\right) \cdot \frac{1}{1+\left(-7,2 \times 10^{-4}\right)}= \\ \\ \\ = \left(7850 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}\right) \cdot \frac{1}{0,99928}\simeq \\ \\ \\ \simeq 7855,6 \ \frac{\mbox{kg}}{\mbox{m}^3}

    In definitiva, il valore medio della densità dell'acciaio comune a 0 °C è di circa 7855,6 kg/m3, ed è di circa 5,6 kg/m3 maggiore rispetto alla densità a 20 °C.

    Densità e peso specifico dell'acciaio

    In ultima analisi osserviamo che in base all'unità di misura utilizzata si può ottenere un valore numerico della densità uguale a quello del peso specifico dell'acciaio, ed è questo uno dei motivi per cui si tende a confondere i due concetti di densità e peso specifico.

    - Per una spiegazione dettagliata sulla differenza tra densità e peso specifico - click!

    - Se invece sei vuoi leggere delle lezioni complete e dettagliate sulla densità e sul peso specifico, ti rimandiamo alle pagine degli omonimi link.

    Risposta di Galois
 
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