LABORATORIO DE FÍSICA GENERAL 10ª Edición EXPERIENCIA N 06

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1 ABORATORIO DE FÍSIA GENERA 10ª Edición DAFI FF UNMSM DENSIDAD DE SÓIDOS Y ÍQUIDOS EXPERIENIA N 06 Arquímedes (Siracusa, actual Italia, h. 287 a..-id., 212 a..) Matemático e ingeniero griego, considerado una de las grandes mentes de sus tiempos, tiene entre sus aportes los fundamentos de hidrostática y estática y estimó que el valor de Pi se encontraba entre 3+1/7 y 3+10/71. Inventor de máquinas como la palanca y el tornillo de Arquímedes. El descubrimiento relacionado con el cálculo de la densidad de un objeto con forma irregular (la corona del Rey Hieron II) llevó a la formulación del principio de Arquímedes, objetivo de esta experiencia. I. OBJETIVO Determinar la densidad de solidos regulares por dos métodos diferentes. Identificar materiales a partir de la densidad y comparar los resultados. Determinar la densidad de los líquidos por el método de Arquímedes y comparar el resultado con otros métodos. II. EQUIPOS / MATERIAES Un calibrador pie de rey (Vernier) Una balanza de tres barras Una cuerda delgada Una probeta graduada ilindros metálicos Un picnómetro Agua potable Alcohol metílico Ron de quemar III. FUNDAMENTO TEÓRIO uando un cuerpo de forma arbitraria de masa m, y volumen V se sumerge totalmente en un líquido de densidad ρ contenido en un recipiente, desplazará un volumen V, este volumen desplazado será igual al volumen del cuerpo sumergido. V = V. El cuerpo de peso W al sumergirse experimentará una disminución aparente de su peso (W ) debida al empuje (E). De la Figura 01 se cumple, W ' = W E W r ' E r W r Figura 01 EXP. N 06 DENSIDAD DE SÓIDOS Y ÍQUIDOS 34

2 ABORATORIO DE FÍSIA GENERA 10ª Edición DAFI FF UNMSM uego, E = W W ' (1) En virtud del principio de Arquímedes la magnitud del empuje sobre el cuerpo es igual al peso del líquido desalojado por el mismo. E = m g = V g (2) ρ m es la masa de líquido desalojado, g es la aceleración de la gravedad, ρ es la densidad del líquido, V es el volumen del líquido desalojado. Igualando (1) y (2), se obtiene : ρ V g = W W' (3) Pero: V = V = m / ρ (4) Donde: V es el volumen del cuerpo, m es la masa del cuerpo ρ es la densidad del cuerpo Reemplazando (4) en (3) y despejando ρ, se obtiene, ρ W ρ W W ' = (5) on esta ecuación (5) se puede calcular la densidad del cuerpo (si se tiene la densidad del líquido) o la densidad del líquido (si se tiene la densidad del cuerpo). IV. PROEDIMIENTO MONTAJE 1 - MÉTODO DIRETO Nota: Su profesor distribuirá dos cilindros para cada grupo 1. Usando la balanza de tres barras determine la masa de los cilindros. Repita esta operación cinco veces. Anote los datos en la Tabla 01 y sus errores correspondientes. 2. Usando el calibrador pie de rey, mida las dimensiones de los cilindros (altura y diámetro) y evalúe sus volúmenes. Realice esta operación cinco veces y anote los datos en la Tabla 01, con sus errores correspondientes. EXP. N 06 DENSIDAD DE SÓIDOS Y ÍQUIDOS 35

3 ABORATORIO DE FÍSIA GENERA 10ª Edición DAFI FF UNMSM TABA 01 ilindro 1 ilindro 2 N m(kg) h(m) d(m) m(kg) h(m) d(m) x ± x 3. Determine la densidad del cilindro a partir de los datos de la Tablas 01 y complete la Tabla 2. TABA 02 IINDRO 1 IINDRO 2 m m ± (kg) V ± V (m 3 ) ρ ± ρ (kg/m 3 ) 4. Ahora, con ayuda de su profesor determine las densidades de los líquidos usando el picnómetro. Para ello llene el picnómetro con el líquido del cual se desea medir su densidad, coloque la tapa y asegúrese que el capilar de la tapa esté con el líquido al ras, de esa manera el volumen indicado en el picnómetro será el volumen del líquido. 5. Mida la masa del picnómetro con y sin el líquido, la diferencia de esas masas será la masa del líquido. 6. Ahora con esos datos puede calcular la densidad de los líquidos y anótelos en la Tabla 03. Densidad del Agua (g/ml) Densidad del Alcohol (g/ml) Densidad del Ron (g/ml) TABA 03 EXP. N 06 DENSIDAD DE SÓIDOS Y ÍQUIDOS 36

4 ABORATORIO DE FÍSIA GENERA 10ª Edición DAFI FF UNMSM MONTAJE 2 - MÉTODO DE ARQUÍMEDES ÁUO DE A DENSIDAD DE SOIDOS 1. Monte el equipo tal como muestra el diseño experimental de la Figura 02. Asegúrese que la balanza de tres barras se encuentre estable y calibrada. 2. oloque 60 ml de agua en la probeta graduada. 3. Para cada uno de los cilindros, sujetar con una cuerda el extremo superior del cilindro. El extremo libre de la cuerda átelo al eje inferior de la balanza, como muestra la Figura Sumerja completamente el cilindro en el agua contenida en la probeta, cuide que este no toque ni el fondo, ni las paredes de la probeta. Registre los pesos aparentes W i en la Tabla 04. TABA 04 Figura 02 V H2O= IINDRO 1 IINDRO 2 W (N) W ± W 5. A partir de los datos de la Tabla 01 determine el peso real W de cada cilindro y anótelos en la Tabla 05, además, registre los pesos aparentes obtenidos en la Tabla 04 y utilizando la ecuación de Arquímedes (ecuación 05) calcule la densidad para cada cilindro. onsidere el valor de la densidad del agua, el obtenido con el picnómetro. TABA 05 IINDRO 1 IINDRO 2 W + W (N) W ' ± W `(N) ρ ± ρ (kg/m 3 ) ÁUO DE A DENSIDAD DE ÍQUIDOS 1. oloque 60 ml de los líquidos que desea medir su densidad en la probeta graduada. En este proceso, se consideran los líquidos Alcohol y Ron 2. Seleccione un cilindro, sumérjalo en el líquido y registre los pesos aparentes W en la Tabla 06. Tome como dato de la densidad del cilindro el valor obtenido en la tabla 5. EXP. N 06 DENSIDAD DE SÓIDOS Y ÍQUIDOS 37

5 ABORATORIO DE FÍSIA GENERA 10ª Edición DAFI FF UNMSM NOTA: En estos pasos cada mesa trabajará con un cilindro de material diferente. TABA 06 IQUIDO 1 IQUIDO 2 W (N) W ± W EXP. N 04 DENSIDAD DE SÓIDOS Y ÍQUIDOS FEHA: AUMNO: MATRÍUA: V.B V. EVAUAIÓN 1. on la densidad del agua obtenida en la Tabla 03, calcular la densidad de los cilindros utilizado por el método de Arquímedes (ec.5). 2. Busque en tablas de densidades estándar para los cilindros trabajados en clase, compare los valores obtenidos por los otros grupos y calcule el error porcentual para el método clásico hallado en la Tabla A partir del valor de la densidad del cilindro obtenido en la Tabla 5, y aplicando la ecuación (5), halle el valor de la densidad de los líquidos. omplete la Tabla 07. Y calcule el error porcentual respecto a su densidad teórica. TABA 07 IQUIDO 1 IQUIDO 2 W ± W (N) W ' ± W ' (N) ρ ± ρ (kg/m 3 ) 4. alcule el error porcentual para las densidades de los líquidos hallados por el método de Arquímedes de la tabla 7. Tomar como densidad referencial las medidas con el picnómetro (Tabla 03) 5. Enuncie y describa tres métodos para el cálculo de densidad de los líquidos. 3. Hacer el experimento en casa. Un cubo de hielo que flota en un vaso con agua. uando el cubo se funde, se elevará el nivel del agua? Explicar por qué. 4. Siempre es más fácil flotar en el mar que en una piscina común. Explique por qué EXP. N 06 DENSIDAD DE SÓIDOS Y ÍQUIDOS 38

6 ABORATORIO DE FÍSIA GENERA 10ª Edición DAFI FF UNMSM VI. ONUSIONES. VII. REOMENDAIONES EXP. N 06 DENSIDAD DE SÓIDOS Y ÍQUIDOS 39