La densità è la misura della massa di un materiale in un dato volume di spazio. Per un solido, la densità rimane costante anche se il suo ambiente cambia. La densità di un lingotto d’oro è la stessa al livello del mare, sotto l’oceano e in cima all’Everest. Per un gas come l’aria, la densità è influenzata dalle variazioni di pressione, temperatura e umidità. I cambiamenti nella densità dell’aria possono modificare la facilità con cui un oggetto si muove e persino causare problemi di salute.
L’aria è una miscela di azoto, ossigeno e altri gas in tracce. Le molecole di questi gas si muovono tipicamente rapidamente, rimbalzando l’una sull’altra. Quando l’ambiente è una costante senza variazioni di temperatura, pressione o umidità, la massa d’aria in un dato volume di spazio rimarrà stabile. Il valore della densità dell’aria, generalmente espresso in chilogrammi per metro cubo, viene calcolato anziché misurato direttamente.
Aumenti o diminuzioni della pressione dell’aria possono influire sulla densità dell’aria. Le due ragioni principali per i cambiamenti della pressione atmosferica sono l’altitudine e i sistemi meteorologici. Di questi, l’altitudine è il più significativo.
Per la maggior parte, l’aria diventa più densa all’aumentare della pressione dell’aria. La pressione aggiuntiva costringe le molecole d’aria ad avvicinarsi l’una all’altra, determinando una maggiore massa nel volume dato. All’aumentare dell’altitudine, la pressione dell’aria diminuisce: c’è meno pressione che spinge insieme le molecole d’aria. Questa diminuzione della densità dell’aria significa che un alpinista ad alta quota riceve meno ossigeno quando fa un respiro. I polmoni contengono lo stesso volume, ma la minore densità dell’aria significa che c’è meno ossigeno nello spazio.
La temperatura è l’altro fattore importante che può avere un effetto sulla densità dell’aria. Quando la temperatura aumenta, le molecole d’aria si muovono più velocemente e rimbalzano più lontano; pertanto, temperature più elevate comportano una densità dell’aria inferiore. Quando l’aria è più densa, crea resistenza agli oggetti che si muovono attraverso di essa. Ad esempio, una pallina da golf colpita in una giornata calda in un campo da golf in cima a una montagna andrà più lontano di un colpo in una giornata fredda a livello del mare. L’alta temperatura e la pressione atmosferica più bassa che si trovano ad alta quota si combinano per abbassare la densità dell’aria.
Sebbene sia un effetto relativamente minore, anche l’umidità o la quantità di umidità nell’atmosfera può modificare la densità dell’aria. Sorprendentemente, più umidità c’è nell’aria si traduce in una minore densità dell’aria. Poiché il numero di molecole è costante, quando il numero di molecole d’acqua aumenta, il numero di molecole di azoto e ossigeno deve diminuire. Il peso molecolare dell’acqua è molto inferiore a quello dell’aria secca il cui peso è dominato da azoto e ossigeno. Ad alta umidità, quindi, la densità dell’aria diminuisce a causa della massa ridotta in un dato volume.