Densidad de área

Masa por unidad de área

La densidad de área (también conocida como densidad de área , densidad de superficie , densidad superficial , densidad areica , espesor de masa , densidad de columna o espesor de densidad ) de un objeto bidimensional se calcula como la masa por unidad de área . La unidad derivada del SI es el " kilogramo por metro cuadrado " (kg·m ⁻² ).

En las industrias del papel y de los tejidos, se denomina gramaje y se expresa en gramos por metro cuadrado (g/m ² ); en el caso del papel en particular, puede expresarse en libras por resma de tamaños estándar ("resma base").

Se puede definir una densidad numérica de área relacionada reemplazando la masa por el número de partículas u otra cantidad contable , con unidades resultantes de m ⁻² .

Formulación

La densidad de área se puede calcular como: o donde ρ _A es la densidad de área promedio, m es la masa total del objeto, A es el área total del objeto, ρ es la densidad promedio y l es el espesor promedio del objeto. $${\displaystyle \rho _{A}={\frac {m}{A}}}$$ $${\displaystyle \rho _{A}=\rho \cdot l,}$$

Densidad de columna

Un tipo especial de densidad de área se denomina densidad de columna (también densidad de masa columnar o simplemente densidad de columna ), denotada ρ _A o σ . Es la masa de sustancia por unidad de área integrada a lo largo de una trayectoria; ^[1] Se obtiene integrando la densidad volumétrica sobre una columna: ^[2] ${\displaystyle \rho }$ $${\displaystyle \sigma =\int \rho \,\mathrm {d} s.}$$

En general, la trayectoria de integración puede ser de incidencia oblicua o inclinada (como, por ejemplo, la propagación de la línea de visión en la física atmosférica ). Un caso especial común es una trayectoria vertical, desde la parte inferior hasta la parte superior del medio: donde denota la coordenada vertical (por ejemplo, altura o profundidad). $${\displaystyle \sigma =\int \rho \,\mathrm {d} z,}$$ ${\displaystyle z}$

La densidad columnar está estrechamente relacionada con la densidad volumétrica promediada verticalmente , donde ; , , y tienen unidades de, por ejemplo, gramos por metro cúbico, gramos por metro cuadrado y metros, respectivamente. ${\displaystyle \rho _{A}}$ ${\displaystyle {\bar {\rho }}}$ $${\displaystyle {\bar {\rho }}={\frac {\rho _{A}}{\Delta z}},}$$ ${\textstyle \Delta z=\int 1\,\mathrm {d} z}$ ${\displaystyle {\bar {\rho }}}$ ${\displaystyle \rho _{A}}$ ${\displaystyle \Delta z}$

Uso

Física atmosférica

Se trata de una cantidad que se recupera habitualmente mediante instrumentos de teledetección , por ejemplo, el espectrómetro de mapeo de ozono total (TOMS), que recupera columnas de ozono en todo el mundo. Las columnas también se obtienen mediante el método de espectroscopia de absorción óptica diferencial (DOAS) ^[3] y son un producto de recuperación común de los radiómetros de microondas que miran al nadir . ^{[4] [5]}

Un concepto estrechamente relacionado es el de trayectoria de hielo o agua líquida , que especifica el volumen por unidad de área o profundidad en lugar de la masa por unidad de área, por lo que ambos están relacionados: $${\displaystyle P={\frac {\sigma }{\rho _{0}}}.}$$

Otro concepto estrechamente relacionado es la profundidad óptica .

Astronomía

En astronomía, la densidad de columna se utiliza generalmente para indicar el número de átomos o moléculas por centímetro cuadrado (cm ² ) a lo largo de la línea de visión en una dirección particular, como se deriva de observaciones de, por ejemplo, la línea de hidrógeno de 21 cm o de observaciones de una especie molecular determinada. También la extinción interestelar puede estar relacionada con la densidad de columna de H o H ₂ . ^[6]

El concepto de densidad de área puede ser útil al analizar discos de acreción . En el caso de un disco visto de frente, la densidad de área para un área dada del disco se define como densidad de columna: es decir, como la masa de sustancia por unidad de área integrada a lo largo del camino vertical que pasa por el disco (línea de visión) , desde la parte inferior hasta la parte superior del medio:

$${\displaystyle \sigma =\int \rho \,\mathrm {d} z,}$$

donde denota la coordenada vertical (por ejemplo, altura o profundidad), o como el número o recuento de una sustancia, en lugar de la masa, por unidad de área integrada a lo largo de una trayectoria (densidad del número de columna): ${\displaystyle z}$

$${\displaystyle N=\int n\,\mathrm {d} z.}$$

Medios de almacenamiento de datos

La densidad de área se utiliza para cuantificar y comparar los distintos tipos de medios utilizados en dispositivos de almacenamiento de datos, como unidades de disco duro , unidades de disco óptico y unidades de cinta . La unidad de medida actual suele ser gigabits por pulgada cuadrada. ^[7]

Papel

La densidad de área se utiliza a menudo para describir el grosor del papel; por ejemplo, 80 g/m2 ^es muy común.

Tela

El "peso" de una tela se suele especificar como masa por unidad de superficie, gramos por metro cuadrado (gsm) u onzas por yarda cuadrada. A veces también se especifica en onzas por yarda en un ancho estándar para la tela en particular. Un gramo por metro cuadrado equivale a 0,0295 onzas por yarda cuadrada; una onza por yarda cuadrada equivale a 33,9 gramos por metro cuadrado.

Otro

También es una cantidad importante para la absorción de radiación .

Al estudiar los cuerpos que caen a través del aire, la densidad del área es importante porque la resistencia depende del área y la fuerza gravitacional depende de la masa.

La densidad ósea a menudo se expresa en gramos por centímetro cuadrado (g·cm ⁻² ), medida mediante absorciometría de rayos X, como un indicador de la densidad real.

El índice de masa corporal se expresa en unidades de kilogramos por metro cuadrado, aunque la cifra de área es nominal, siendo el cuadrado de la altura.

El contenido total de electrones en la ionosfera es una cantidad de tipo densidad numérica columnar.

El equivalente de agua de nieve es una cantidad de tipo densidad de masa columnar.

Véase también

• Cantidad areica
• Densidad lineal
• Densidad del papel

Referencias

1. Egbert Boeker; Rienk van Grondelle (2000). Física ambiental (2ª ed.). Wiley.
2. Visconti, Guido (2001). Fundamentos de física y química de la atmósfera . Berlín: Springer. pág. 470. ISBN 978-3-540-67420-7.
3. R. Sinreich; U. Frieß; ​​T. Wagner; S. Yilmaz; U. Platt (2008). "Recuperación de distribuciones de aerosoles mediante espectroscopia de absorción diferencial multieje (MAX-DOAS)". Nucleación y aerosoles atmosféricos . págs. 1145–1149. doi :10.1007/978-1-4020-6475-3_227. ISBN 978-1-4020-6474-6.
4. C. Melsheimer; G. Heygster (2008). "Recuperación mejorada del vapor de agua total sobre regiones polares a partir de datos del radiómetro de microondas AMSU -B". IEEE Trans. Geosci. Remote Sens . 46 (8): 2307–2322. Bibcode :2008ITGRS..46.2307M. doi :10.1109/TGRS.2008.918013. S2CID  20910677.
5. C. Melsheimer; G. Heygster; N. Mathew; L. Toudal Pedersen (2009). "Recuperación de la emisividad del hielo marino y recuperación integrada de parámetros atmosféricos y de superficie sobre el Ártico a partir de datos AMSR -E". Revista de la Sociedad de Teledetección de Japón . Vol. 29, núm. 1. págs. 236–241.
6. "Densidad de columnas | COSMOS".
7. "Densidad de área". Webopedia. 3 de marzo de 1997. Consultado el 9 de abril de 2014 .