Lab 1 Fisica 2 -erick.docx

Facultad de Ingeniería Curso: Física II

Laboratorio N°01 Experiencia: Densidad de Sólidos y Líquidos.

Grupo:

N°

Código

Nombre

2017200327

Durand Arribasplata, Erick Durand Nota

Fecha de entrega 29-03-19

Letras

Números

Física II 2018-II

I.

OBJETIVOS:

8.1. Escriba un informe del experimento realizado. 8.2. Analiza las densidades obtenidas de los objetos irregulares mediante el vaso de precipitado (Indirectamente) 8.3. Analiza las densidades obtenidas de los objetos regulares mediante el vaso de precipitado (Indirectamente) 8.4. Analiza las densidades obtenidas de los objetos regulares mediante medición geométrica (directamente) 8.5. Investiga información técnica de las densidades de los objetos en las cuales se ha realizado los cálculos, hay diferencia en la información técnica y lo calculado en el laboratorio. 8.6. Analice los tipos de errores suscitados en la experiencia realizada. 8.7. Realizar los cálculos pedidos. 8.8. Hacer conclusiones y recomendaciones.

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II.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

Los líquidos son una subdivisión de los fluidos, los cuales, como su nombre lo indica, son aquellos elementos que capaces de fluir y, por lo tanto, de adaptarse a la forma de los recipientes que los contienen. Sin embargo, por su constitución molecular, existen diferencias esenciales entre los dos tipos de fluidos que se encuentran en la naturaleza, lo cual lleva a dividirlos en líquidos y gases. Entre las principales diferencias que existen entre los líquidos y gases se pueden mencionar las siguientes: a) Los líquidos son prácticamente incompresibles y los gases compresibles. b) Los líquidos ocupan un volumen definido y tienen superficie libre, mientras que, una masa dada de gas, tiende a expandirse hasta ocupar todas las partes del recipiente que lo contenga. Además de las diferencias antes señaladas, existen otras que son de gran importancia para las diferentes especialidades de la ingeniería, tanto para labores de investigación como de diversos procesos de planta. Entre ellas se encuentran: la densidad (ρ); el peso específico (γ); la densidad relativa (S) y la Viscosidad DEFINICIONES a) La densidad (ρ) representa la masa de fluido contenida en una unidad de volumen; en los sistemas absoluto y gravitacional sus dimensiones son [ML-3] y [FT2 L-4], respectivamente; se calcula mediante:

b)

El peso específico (γ) es el peso del volumen unitario de una sustancia y está estrechamente relacionado con la densidad. Tiene dimensiones [FL-3], se calcula mediante:

c) La densidad relativa (S) es otra forma de cuantificar la densidad o el peso específico, relacionándolos con la densidad y el peso específico que corresponden al agua. Por su naturaleza este valor es adimensional:

d) La viscosidad es aquella propiedad por la cual un fluido ofrece una resistencia al cambio de forma bajo la acción de fuerzas exteriores. Todos los fluidos son

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Física II 2018-II más o menos viscosos y los líquidos muy viscosos se acercan a la condición de sólidos. Con base en la resistencia que ofrece el fluido, se ha determinado una constante de proporcionalidad que relaciona el esfuerzo tangencial provocado por las fuerzas externas y la variación de velocidades en el interior del líquido. Esta constante se conoce como viscosidad dinámica (µ) o únicamente viscosidad, la cual puede calcularse para el agua con la siguiente expresión derivada de diversos experimentos realizados por Poiseuille y Reynolds:

Al estudiar el movimiento de los fluidos bajo un estado o régimen de escurrimiento, se encontró que la densidad del fluido y su relación con la viscosidad son factores importantes. Por esta razón, se estableció la siguiente expresión, en la cual se determinó el valor de la viscosidad cinemática (µ), se calcula mediante:

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Física II 2018-II . EJEMPLO

Existe un líquido que presenta una masa de 0.42 kg y ocupa un volumen de 275 cc, a una altura sobre el nivel del mar en la cual se presenta una aceleración de la fuerza de gravedad de 9.79 m/s2 y una temperatura de 15°C. Determinar: a) El peso específico del líquido. γ=

0.42 kg x 9.79 m/𝑠2 −4

2.75 𝑥 10 𝑚3

= 14952

𝑁 𝑚3

b) Su densidad relativa considerando que el peso específico del agua es = 9810 N/m3.

𝑁 3 𝑚 DR = = 1.52 𝑁 9810 3 𝑚 14952

c) Asumiendo que las características del fluido son muy similares a las del agua, determinar su viscosidad dinámica empleando la fórmula de Poiseuille y Reynolds. μ=

0.01779 1 + 0.03368(15) + 0.000221(152 )

= 0.011441066 𝑃𝑎. 𝑠

d) Calcular su viscosidad cinemática ϑ=

2 0.011441066 𝑃𝑎. 𝑠 −6 𝑚 = 7.49𝑥10 𝑠 1527.27𝑚3

Principio de Arquímedes Arquímedes (287-212 A. C.) se inmortalizó con el principio que lleva su nombre, cuya forma más común de expresarlo es: “Todo sólido de volumen V sumergido en un fluido, experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desalojado”. Se cuenta que Arquímedes descubrió el principio tratando de determinar si el oro de una corona que había encargado Hierón, rey de Siracusa había sido parcialmente reemplazado por cobre o plata, metales más baratos. Dice la leyenda que el principio le vino a la mente mientras se bañaba, lo que le produjo tal exaltación que, sin ponerse la ropa, corrió por las calles gritando EUREKA. Probablemente Arquímedes pensó que si la corona y otro lingote de oro puro de peso idéntico se arrojaban al agua deberían desplazar el mismo volumen de líquido. Sin embargo, durante la investigación encontró que aunque el lingote

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Física II 2018-II de oro y la corona pesaban lo mismo en el aire, al sumergirlos en agua la corona pesaba menos que el lingote y por consiguiente la corona era menos densa y ocupaba más volumen. La corona no era de oro puro! La determinación de la densidad de sólidos por el principio de Arquímedes consiste en determinar el empuje (E), el cual se halla realizando la diferencia entre el peso del sólido en el aire (Ws) y el peso aparente del sólido sumergido en el líquido (Wa). El volumen del líquido desalojado corresponde al volumen del sólido sumergido. E = wdes = ws - wa = V.ρL Donde wdes es el peso de líquido desalojado, V el volumen del sólido y ρL la densidad del líquido. DENSIMETROS Los densímetros son aparatos que miden la densidad de los líquidos de acuerdo al Principio de Arquímedes. Están formados por varillas de vidrio hueco que presentan un ensanchamiento en la parte inferior y un lastre. Al sumergirlas en un líquido flotan, cumpliéndose que el peso del volumen de líquido desalojado es igual al peso de todo el aparato; por tanto, se hundirán más o menos según sea la densidad del líquido; vienen graduados directamente en densidades

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(g/cm ). Existen dos tipos de densímetros. a) Para líquidos más densos que el agua (fig. 21.1) que llevan la indicación 1 en la parte superior de la varilla. Esta señal corresponde a la parte sumergida cuando el líquido es agua. Si se sumerge en líquidos más densos, se hunde menos; por ello, las indicaciones aumentan numéricamente hacia abajo. Según su uso reciben el nombre de pesaácidos, pesa jarabes... b) Para líquidos menos densos que el agua: La indicación 1, correspondiente a la densidad del agua, la presentan al final de la varilla; al sumergir el aparato en un líquido menos denso, se hunde menos que en ésta, por ello la varilla está

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Física II 2018-II graduada en densidades de valor numérico menores que 1 (fig.21.2). Pueden ser: pesa-éteres, pesa alcoholes...

III.

ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS, INSTRUMENTOS Y MATERIALES:

Instrumentos 

Un densímetro



Una probeta graduada 0 – 100 ml



Un termómetro de bulbo.

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

Un vernier

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

Un vaso graduado o vaso de precipitado (beaker) de 120 ml



Una balanza digital

Equipos 

Soporte universal

Materiales 

Objetos de metal y/o plástico de forma regular

• •

Sal de cocina, una bolsa de ½ kg Azúcar, una bolsa de ½ kg

Recursos de clase 

Equipo multimedia.

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IV.

PROCEDIMIENTO:

EXPERIENCIA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE SÓLIDOS. A) Método geométrico Medir la masa de los sólidos (ws) con la balanza. Medir sus dimensiones con el vernier, si tiene forma geométrica regular, determinar su volumen usando fórmulas apropiadas. • Si se trata de un paralelepípedo, el volumen corresponde al producto: • V = a x b x c, Donde a, b, c corresponden a las dimensiones. • Si el objeto es cilíndrico, usar V = π r2h, siendo r el radio y h la altura. • Si el objeto es esférico, usar V = 4/3 π r3 Con los datos obtenidos se elabora la siguiente tabla: Objeto Nombre

Material

Cilindro

Cobre

Forma regular Esfera r (cm) -

Volumen

Cilindro r (cm) h (cm) 1.26 3.2

V (cm3) 15.96

Se muestra otra tabla que contiene la masa de los solidos Nombre Cilindro (Cobre)

Masa (g.) 156.4

b) El principio de Arquímedes. • • • • • •

Colocar la balanza, el vaso graduado y el soporte universal (con accesorios) para disponer del esquema siguiente. El beaker debe tener agua destilada (agua de caño) hasta la mitad (wb). Medir la temperatura del agua Atar el sólido con un hilo delgado y suspender dentro del beaker con agua, tal como se ilustra en la figura 4.2. Asegurarse de que el sólido no toque las paredes del vaso. Principio de Arquímedes Obtener el peso del sistema y anotar como wT.

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Física II 2018-II CÁLCULOS •

La cuerda sostiene el peso del sólido pero no anula el empuje, de tal manera que wT es igual al peso del recipiente con agua más el empuje (peso del agua desalojada por el sólido, wdes). Análogamente a la ecuación anterior:

Aplicando el Principio de Arquímedes: Pe=m/v Pe=156.4/18=8.69 cm3

Cálculos y resultados Tomando en cuenta los datos obtenidos, preparar la tabla :

Densidades obtenidas por los diferentes métodos Sólido

Cilindro Marrón

V.

d teórica

d geometría

3

(g/cm ) Cobre

3

d probeta

3

d Arquímedes

3

(g/cm )

(g/cm )

(g/cm )

11.46

10.47

9.24

Discusión y conclusiones

Comparar los resultados obtenidos en cada método con el valor de la densidad teórico. ¿Cuál de los métodos utilizados dio resultados más exactos? •

Método de Arquímedes.

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Física II 2018-II Establecer las posibles causas de los errores y cómo éstos influyen para que un método sea más recomendable que otro. •

Las posibles causas de errores son la inexactitud de los instrumentos utilizados, la falta de habilidad para usarlos, la falta de concentración a la hora de realizar los procedimientos experimentales, la falta de conocimientos de los distintos métodos y sus finalidades.

CONCLUSIONES: Luego de haber realizado la experiencia se puede llegar a las siguientes conclusiones: •

La densidad geométrica se puede hallar solo con la medida de los radios, alturas y masas. Esto es importante porque no requiere de muchos instrumentos para determinar los volúmenes. De esta forma, se obtuvieron los siguientes resultados: el cilindro plomo posee una densidad de 9.63 g/cm3, el cilindro marrón posee una densidad de 11.46 3 g/cm ,

el cilindro mostaza posee una densidad de 10.45 g/cm3, el cilindro

plateado posee una densidad de 3.38 g/cm3, y la esfera posee una •

densidad de 11.43 g/cm3. Comparando las densidades obtenidas geométricamente y por el método de Arquímedes se aprecia que no existe mucha diferencia entre ambas, aunque en todos los casos la densidad geométrica es mucho mayor que la de Arquímedes. Por ejemplo la esfera geométricamente tiene 11.43 g/cm3 mientras que por Arquímedes tiene 8 g/cm3

VI.

PREGUNTAS

¿Si el volumen (V) desplazado por el sólido en la probeta es muy pequeño, ¿recomendaría este método para medir la densidad del sólido? Se recomendaría si el cuerpo fuera de forma geométrica regular (cubo, esfera etc), podemos calcularlo por formulas, si conocemos de que material esta hecho el cuerpo podemos sacar la densidad d=m/v entonces v=m/d. La densidad la sacamos de la tabla y la masa se lee en una balanza. ¿Por qué debe suspenderse el sólido de una cuerda para determinar su densidad mediante el método de Arquímedes? Por qué según el principio de Arquímedes dice que el agua produce un empuje, con lo que al suspender el solido en el vaso de precipitados se produce un empuje por parte del agua y así tener un volumen de agua desplazada, pero este

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Física II 2018-II es pesado con lo que tiene una medida mas exacta y precisa en solución de la densidad. ¿Se afecta apreciablemente la densidad de un sólido si se modifica la presión atmosférica? ¿La temperatura? No, Porque la temperatura ni la presión atmosférica no afectan la densidad de los sólidos ni los líquidos, debido a que esta es el cociente entra masa/volumen, por lo tanto, depende de los factores que modifican al volumen, en los gases el volumen depende de la presión y la temperatura, en los líquidos de la temperatura y en los solidos va a ser constante, aunque depende muy ligeramente de la temperatura. ¿Por qué el aceite flota sobre el agua? El aceite flota sobre el agua porque su peso específico es mucho menor al que posee el agua.

VII. 





 

RECOMENDACIONES: Revisar el quipo que se le entregue al iniciar la práctica y notificar de inmediato al funcionario encargado, sobre cualquier irregularidad que descubra en el equipo o en cualquier elemento o insumo asignado para la práctica. Mantener el orden y la limpieza del laboratorio durante la práctica y su culminación, además utilizar adecuadamente los recipientes para la disposición de desechos y recolección de materiales sobrantes Manejar los materiales y equipos con la debida precaución para la seguridad y mejor conservación de los mismos, según las indicaciones del docente o del funcionario responsable del centro. Anotar los datos y medidas de manera correcta al momento de realizar la práctica de laboratorio. Finalmente, escuchar atentamente las indicaciones del profesor ya que nos ayuda a realizar los experimentos más rápidos y con menos errores.

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