Mediciones de las constantes básicas (Punto N : P )

Transcripción

1 Mediciones de las constantes básicas (Punto N : P ) Relevancia curricular Área de especialización: Física Nivel de educación: Universidad Tema: Mecánica Subtema: Técnicas de medición Experimento: Medidas de las constantes básicas Dificultad Tiempo de preparación Tiempo de ejecución Tamaño de grupo recomendado Fácil 10 Minutos 10 Minutos 2 Alumnos Requisitos adicionales: Variantes de los experimentos: Palabras clave: Longitud, espesor, diámetro, diámetro interno, curvatura, vernier Descripción Descripción breve Principio Pie de rey (vernier), micrómetros y esferómetros son usados para mediciones precisas de longitud, espesor, diámetros y curvaturas. Los procedimientos de las mediciones y su precisión de lectura son demostrados. Fig. 1: configuración experimental: Mediciones de las constantes básicas: longitud, espesor, diámetro y curvatura.

2 Equipamiento N de posición Material N de orden Cantidad 1 Pie de rey (Vernier) de acero inoxidable mm, 1/ Micrómetro 0 25 mm Esferómetro Vidrio de reloj, d=80 mm Vidrio de reloj, d=100 mm Vidrio de reloj, d=125 mm Alambre de hierro, d=1.0 mm, l=10 m Papel de aluminio, set de 4 hojas Portaobjetos, 100 mm x 85 mm x approx. 1 mm Tubo de cristal, recto, l=80 mm, 10/pkg Tubo de cristal, do=24 mm, di=21 mm, l=120 mm Cubos, set de 8 unidades Determinación del volumen de los tubos con el pie de rey 2. Determinación del espesor de los alambres, cubos, portas y hojas con el micrómetro 3. Determinación del espesor de los portas y el radio de curvatura del cristal de reloj con el esferómetro

3 Configuración y procedimiento Pie de rey (vernier) El pie de rey es una de las herramientas mejor conocidas por su rapidez y precisión de medición. Se pueden hacer mediciones interiores, exteriores y también de profundidad. La precisión que se puede conseguir es proporcional a la graduación de la escala del mismo. Las caras de medición que son relevantes para la lectura se pueden ver en la figura 2. Cuando las mandíbulas están cerradas, la marca cero del vernier coincide con la marca cero de la escala de la regla. El nombre vernier se le da adicionalmente al calibrador, el cual permite mediciones muy precisas (precisión de lectura) entre 10 a 50 veces más precisas. El vernier lineal es un pequeña regla que se desplaza sobre la escala. Esta regla contiene una pequeña regla la cual se divide en divisiones iguales. La longitud promedio de estas divisiones es igual a la longitud de divisiones en la regla principal. Fig. 2 muestra 39 divisiones que van desde los 28 mm hasta los 67 mm de la regla graduada, mientras que la escala del vernier o pie de rey tiene 20 divisiones (cada segunda marca en el pie de rey ha sido omitida, lo cual significa ). Fig. 2: Pie de rey (Vernier) La pieza que se desee medir debe de ser colocada entre las mandíbulas y sobre la cara donde se indican las medidas. Una vez colocada ahí la pieza, la hoja de la mandíbula móvil se empuja con una presión moderada sobre la pieza a medir. Para tomar la medida, la marca cero del vernier se considera como el punto decimal el cual separa todos los números de los decimales. Los milímetros completos se leen desde la izquierda de la marca del cero en la regla graduada principal. Para tomar las medidas en milímetros, tendremos que mirar a la derecha de la marca del cero las divisiones del vernier que conciden con las divisiones de la regla principal. Estas divisiones del vernier indican las décimas de un milímetro (Fig. 3). Utilice el vernier para determinar el volumen del tubo de vidrio. Fig. 3: lectura de 28 en la regla graduada y 25 en la regla del vernier. Este resultado arroja mm.

4 Micrómetro Con el micrómetro (Fig. 4) la precisión de la medición puede ser incrementada en un orden de magnitud. La pieza que desemos medir se coloca entre las caras de medición. A continuación, el eje de medición se empuja hasta la pieza con un disco rápido (trinquete, tornillo de mariposa). Cuando el accionamiento gira sin hacer esfuerzo, se ha alcanzado la presión necesaria para la medición y se puede leer el valor. El total y medio milímetro se leen en la regla del barril, las centésimas de milímetro en el collar micrométrico. Si el collar micrométrico no cubre medio milímetro, este se debe agregar a las centésimas. Fig. 4: Micrómetro, lectura de 4.35 mm. Utilice el micrómetro para determinar el espesor de diversos materiales como: cubos, portas, hojas y alambres. Esferómetro Se pueden realizar mediciones relativas más precisas de superficies paralelas (espesor de un porta) y curvaturas de superficies esféricas con el esferómetro. El esferómetro se utiliza para las medidas del radio de la curvatura de las superficies esféricas. Además, también permite medir el esperor de los portas y la diferencia de nivel entre superficies. El dispositivo contiene un trípode con tres puntos de medición que forman un triángulo equilátero. La sonda del reloj comparador está ubicada en el centro de este triángulo. La distancia entre la punta de la sonda y el plano definido por los tres puntos de medición se puede leer en el reloj comparado. La precisión de la medición es mayor que. Fig. 5: Esferómetro Modo de empleo Hay cuatro orificios roscados disponibles en cada pata del trípode para la aceptación de los tres puntos de medición. Todos los puntos deben tener la misma separación de la sonda central. Con tal de lograr una gran precisión en la medición, los puntos se atornillan en posiciones lo más hacia afuera posible. Se deben tener en cuenta los límites establecidos por el tamaño de la superficie que se va a investigar. El reloj comparador se engancha en el trípode en dos posiciones definidas con precisión. La posición superior para el reloj indicador se usa para mediciones de la curvatura de las superficies convexas; en este caso, se usan las figuras negras de la escala del reloj indicador. Si se empuja el reloj indicador hacia abajo en el trípode hasta que se enganche, entonces se pueden medir las superficies cóncavas usando las figuras en rojo. Es importante verificar el ajuste del

5 punto cero después de hacer coincidir la posición del medidor con la la pieza a medir. Para ajustar el punto cero, se coloca el esferómetro en la superficie plana de la placa de vidrio incluida y la escala en el reloj indicador es rotado utilizando el anillo moleteado. Se debe evitar la presión vertical sobre el esferómetro durante la lectura. Una vez este paso preparatorio es completado, se coloca el dispositivo en la superficie cuyo radio va ser medido, y se mide la diferencia en altura. Una revolución del punto mas largo de (1 subdivisión corresponde ). El número de revoluciones es dado por el puntero más pequeño. La medición máxima de desplazamiento es. El radio de la curvatura de una superficie esférica se obtiene de la diferencia medida en la altura según la siguiente ecuación donde es la distancia de los puntos de medición desde el centro del sistema. Las siguiente medidas se dan para las 4 posiciones posibles en los puntos de medida desde el interior hacía el exterior, etiquetados del 1 al 4: Pos. / mm Primero use el esferómetro para medir la altura de un portaobjetos. Después determine la curvatura de los vidrios de reloj.