La densidad es la medida de la masa de un material en un volumen de espacio dado. Para un sólido, la densidad permanece constante incluso cuando cambia su entorno. La densidad de una barra de oro es la misma al nivel del mar, debajo del océano y en la cima del Monte Everest. Para un gas como el aire, la densidad se ve afectada por los cambios de presión, temperatura y humedad. Los cambios en la densidad del aire pueden modificar la facilidad con que se mueve un objeto e incluso pueden causar problemas de salud.
El aire es una mezcla de nitrógeno, oxígeno y otros gases traza. Las moléculas de estos gases normalmente se mueven rápidamente, rebotando unas con otras. Cuando el ambiente es una constante sin cambios de temperatura, presión o humedad, la masa de aire en un volumen de espacio dado permanecerá estable. El valor de la densidad del aire, generalmente expresado en kilogramos por metro cúbico, se calcula en lugar de medirse directamente.
Los aumentos o disminuciones de la presión del aire pueden afectar la densidad del aire. Las dos razones principales de los cambios en la presión atmosférica son la altitud y los sistemas meteorológicos. De estos, la altitud es el más significativo.
En su mayor parte, el aire se vuelve más denso a medida que aumenta la presión del aire. La presión adicional fuerza a las moléculas de aire a acercarse, lo que resulta en más masa en el volumen dado. A medida que aumenta la altitud, la presión del aire disminuye: hay menos presión que empuja las moléculas de aire juntas. Esta disminución en la densidad del aire significa que un alpinista en altitudes elevadas recibe menos oxígeno cuando respira. Los pulmones contienen el mismo volumen, pero la menor densidad de aire significa que hay menos oxígeno en el espacio.
La temperatura es el otro factor importante que puede afectar la densidad del aire. Cuando la temperatura aumenta, las moléculas de aire se mueven más rápido y se separan más; por lo tanto, temperaturas más altas dan como resultado una menor densidad del aire. Cuando el aire es más denso, crea resistencia a los objetos que se mueven a través de él. Por ejemplo, un golpe de pelota de golf en un día caluroso en un campo de golf en la cima de una montaña llegará más lejos que un golpe en un día frío al nivel del mar. La alta temperatura y la menor presión del aire que se encuentran a grandes altitudes se combinan para reducir la densidad del aire.
Aunque es un efecto relativamente menor, la humedad o la cantidad de humedad en la atmósfera también pueden cambiar la densidad del aire. Sorprendentemente, cuanta más humedad hay en el aire, se reduce la densidad del aire. Dado que el número de moléculas es constante, cuando el número de moléculas de agua aumenta, el número de moléculas de nitrógeno y oxígeno debe disminuir. El peso molecular del agua es mucho menor que el del aire seco, cuyo peso está dominado por nitrógeno y oxígeno. Por lo tanto, a alta humedad, la densidad del aire disminuye debido a la masa reducida en un volumen dado.