É correto num artigo científico vir indicado que a densidade medida da água é 998 \mathrm{~kg} / \mathrm{m}^{3} ? Porquê?

Passo 1

O que o enunciado pergunta: “É correto num artigo científico vir indicado que a densidade medida da água é 998\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3} ? Porquê?”
Informações dadas: o enunciado afirma um valor numérico da densidade da água, 998\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}.
O que é pedido: avaliar se essa indicação, isoladamente, é correta numa publicação científica e justificar o porquê.

Passo 2

Definição básica e dependência física: densidade é massa por volume, definida por
\rho=\frac{m}{V},
onde \rho é a densidade, m é a massa e V é o volume. Importante: para líquidos, o volume (e portanto a densidade) varia com a temperatura e, em menor grau, com a pressão. Logo qualquer valor numérico de \rho depende das condições termodinâmicas em que foi medido.

Passo 3

Como a temperatura afeta a densidade (explicação didática): ao aquecer um líquido o seu volume costuma aumentar; isso é descrito (para pequenas variações) pela expansão volumétrica. Se \alpha é o coeficiente de expansão volumétrica do líquido e \Delta T a variação de temperatura, então, aproximando,
V(T+\Delta T)\approx V(T)\bigl(1+\alpha\,\Delta T\bigr).
Como m é praticamente constante, a densidade segue
\rho(T+\Delta T)=\frac{m}{V(T+\Delta T)}\approx\frac{\rho(T)}{1+\alpha\,\Delta T}\approx\rho(T)\bigl(1-\alpha\,\Delta T\bigr).
Isso mostra explicitamente que uma mudança de 1\,^\circ\mathrm{C} gera uma alteração relativa da densidade da ordem de \alpha. Para a água perto de 20\,^\circ\mathrm{C}, \alpha é da ordem de 2\times10^{-4}\\ \mathrm{K}^{-1}, o que corresponde a cerca de 0{,}2\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3} por grau Celsius (valor prático, depende um pouco da temperatura). Portanto uma diferença de poucos graus causa variação comparável à unidade indicada em 998\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}.

Passo 4

Valores típicos exemplificando a sensibilidade: alguns valores de referência (aproximações para água pura à pressão atmosférica) são
\begin{aligned} \rho(4{^\circ}\mathrm{C})&\approx 999{,}97\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3},\\\ \rho(20{^\circ}\mathrm{C})&\approx 998{,}21\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3},\\\ \rho(25{^\circ}\mathrm{C})&\approx 997{,}05\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}. \end{aligned}
Daqui se vê que o valor 998\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3} é compatível com água pura próxima de 20\,^\circ\mathrm{C}, mas sem indicar a temperatura fica ambíguo.

Passo 5

Efeito da pressão e pureza: a pressão também altera a densidade, embora a água seja pouco compressível — o efeito é pequeno a pressões da ordem de 1\\ \mathrm{atm}, mas relevante em alta pressão. Além disso impurezas (sais, gases dissolvidos) e composição isotópica (porcentagem de \mathrm{D}_{2}\mathrm{O}, etc.) mudam a densidade. Num artigo científico deve-se especificar se o valor é para água pura (e qual padrão) e em que pressão.

Passo 6

Significância e incerteza: escrever simplesmente 998\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3} transmite implicitamente uma precisão (três algarismos significativos) e sugere uma incerteza da ordem de \pm1\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}. Em ciência é obrigatório informar a incerteza de medição ou ao menos o número de algarismos que se pretende reportar. Uma forma adequada é, por exemplo,
\rho=(998{,}21\pm0{,}05)\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}\quad\text{em }T=20{^\circ}\mathrm{C},\\ p=1\\ \mathrm{atm},
ou, se for um valor de referência, escrever a fonte e as condições (p. ex. “densidade da água pura, à pressão ambiente e 20{^\circ}\mathrm{C}, valor de referência …”).

Passo 7

Conclusão e recomendação prática para um artigo: dar só o número 998\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3} sem declarar as condições experimentais e a incerteza está incompleto e pode induzir a erro. Numa publicação científica deve-se sempre especificar:
  • as condições (temperatura e pressão) em que a densidade foi medida ou para as quais o valor se aplica;
  • se é água pura e qual padrão;
  • a incerteza associada ao valor (ou número de algarismos significativos justificável).

Resposta

Não — apenas indicar \rho=998\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3} é incompleto; a densidade da água depende de temperatura (e pressão, pureza etc.), por isso num artigo deve vir acompanhada das condições (por exemplo T e p) e da incerteza (por exemplo \rho=(998{,}21\pm0{,}05)\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3} a 20{^\circ}\mathrm{C}, 1\\ \mathrm{atm}).

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