1.2 MEDIDA DE MAGNITUDES.

Transcripción

1 1.2 MEDIDA DE MAGNITUDES MAGNITUDES. Para describir al compañero que se sienta a tu lado empleas propiedades, así dices su altura, su peso, el color de sus ojos y cabellos, su simpatía o su inteligencia. Algunas de esas propiedades puedes medirlas con ayuda de aparatos, como la altura o la talla de su camisa, pero otras, como su simpatía o sentido del humor, son cosas completamente subjetivas y que, por tanto, no puedes medir. Las propiedades que no puedes medir, y en las que no todo el mundo estará de acuerdo, no son objeto de la ciencia. Pero aquellas que puedes medir y en las que coincidirá todo el mundo (la altura, el peso, o la circunferencia de su cintura) son susceptibles de estudio científico y reciben el nombre de magnitudes físicas. Pero no todas las magnitudes son iguales. Por ejemplo, si dices que un coche tiene un motor de 200 caballos, todos sabremos que se trata de un coche potente. Si dices que mide 6 metros, se identificará fácilmente como un coche grande. Son magnitudes escalares, nos basta saber su valor para tener una idea exacta y precisa del objeto descrito. Si dices que el coche circulaba a 120 km/h, no tenemos una idea exacta, necesitamos saber si circulaba en una carretera o en una autopista, o si iba en dirección a la ciudad o alejándose de ella. Se trata de magnitudes vectoriales, porque además de saber su valor, se precisan otros datos para determinarlas de forma unívoca. 10

2 1.2.2 MEDIDAS DIRECTAS. Algunas magnitudes físicas se miden directamente con los aparatos de medida adecuados. Se realizan medidas directas que nos dan el valor de la magnitud que buscamos. Existen muchísimos aparatos para realizar medidas directas. Así los coches tienen velocímetros que nos indican la velocidad a la que circulan, cuentarrevoluciones que miden las veces que el Odómetro motor realiza su ciclo de ignición, relojes para determinar el tiempo y termómetros para conocer la temperatura. En las tiendas, no es raro ver balanzas, para pesar las chacinas; y en casa, seguro que dispones de un barómetro o un higrómetro que nos permitan conocer las posibilidades de lluvia o sol. Y en muchos trabajos existen otros instrumentos para realizar medidas directas: manómetros, metros, balanzas, odómetros, voltímetros... En un laboratorio, también se realizan medidas, sobre todo de tres magnitudes: a) Longitud: En el laboratorio se suelen emplear tres instrumentos para medir la longitud. El más usado es la regla milimétrica, que permite medir longitudes grandes con facilidad y precisión de hasta 1 milímetro. Palmer 11

3 Para longitudes menores de 10 centímetros y precisiones de hasta 0.1 milímetro o menores, se emplea el calibre, que consta de dos barras metálicas graduadas que se mueven una sobre la otra. Al ajustar el calibre al objeto que se desea medir, las coincidencias entre las barras graduadas nos indican la longitud buscada. Cuando se trata de medir distancias muy pequeñas, como el grosor de un CD o un papel, se emplea el palmer. b) Masa: La masa no es lo mismo que el peso, porque ésta no varía mientras que el peso cambia de un lugar a otro. Para medir la masa se emplean balanzas. Balanza analítica Existen muchos tipos de balanzas, según su tamaño y su precisión, pero todas funcionan siguiendo uno de dos principios Las más comunes tienen un muelle en su interior, al colocar en un platillo el objeto que se desea pesar, el muelle cambia arrastrando una aguja sobre una escala y marca el peso. En otras, el objeto se sitúa en un platillo y mediante pesas, se consigue que una aguja marque cero. Las pesas indicarán la masa del objeto. En laboratorio se suelen utilizar las balanzas analíticas, con una precisión inferior a 0.1 miligramo. Si no se necesita tanta precisión, se pueden emplear granatarios o, si las posibilidades económicas son menores, balanzas ohaus, con pesas que se deslizan en barras para equilibrar la balanza. 12

4 c) Volumen: Cuatro son los principales instrumentos para medir el volumen. La probeta es el menos exacto de ellos, después de las jarras de plástico. Con mayor precisión están la pipeta y la bureta, que se emplean cuando se desea trasvasar una cantidad fija de líquido, su Pipeta precisión puede ser de hasta 0.1 mililitro. Cuando se desea una cantidad de líquido determinada, se emplean matraces aforados. La probeta consiste en un cilindro alto graduado y con un pie que permite su estabilidad. Al verter el líquido en su interior, el nivel que alcanza determina, en la escala de la probeta, el volumen de líquido que contiene. Para medir el volumen de un sólido, se vierte en primer lugar un líquido y Probeta se determina su volumen. A continuación se introduce el sólido, lo que hará que el nivel del líquido se incremente. La diferencia entre el volumen del líquido después y antes de introducir el sólido será el volumen de éste MEDIDAS INDIRECTAS. Aunque existen muchos aparatos de medida y para muchas magnitudes distintas, no siempre podemos medir directamente lo que deseamos. Así, la distancia que separa la Tierra y la Luna no podemos medirla usando un 13

5 metro, ni la capacidad de carga de un camión podemos conocerla con ayuda de una probeta, ni es posible conocer, mediante el calibre el tamaño de un átomo. En todos estos casos y muchos más no existen aparatos de medida adecuados o no están a nuestra disposición. Entonces debemos realizar medidas indirectas. Es decir, medimos no la magnitud que queremos conocer, sino otra u otras que, mediante una fórmula matemática, nos permite calcular lo que buscamos. Así, la velocidad en una carrera es difícil de determinar, pero podemos medir fácilmente la distancia recorrida y el tiempo empleado. La división de ambas medidas será la velocidad. Otro tanto ocurre cuando queremos medir, por ejemplo, la superficie de un folio o el volumen de una caja de zapatos. No disponemos de un instrumento que nos permita medir una superficie, pero con la regla podemos medir tanto el ancho como el largo del folio y, multiplicando las medidas, obtener su superficie. 14

6 1.2.4 ACTIVIDADES. a) Para el aula: Busca en el diccionario el significado de las siguientes palabras y anótalo en tu cuaderno. Si en la definición no comprendes alguna palabra, búscala también y escribe su significado: Magnitud Medida Unidad Subjetivo Objetivo Indica tres instrumentos de medida que haya en un coche junto a la magnitud que miden. Qué es una medida directa? Y una medida indirecta? Escribe el nombre de tres aparatos que sirvan para medir longitudes. Escribe tres propiedades que no sean magnitudes y tres que sí lo sean. b) Para casa: Encuentra en casa todos los instrumentos de medida que haya. Anótalos en tu cuaderno junto a la magnitud que miden. 15

7 Haz una lista con las características que esperas de tu chica o chico ideal. Indica cuáles de esas características se corresponden con magnitudes y cuáles no. A lo largo de una semana, usa la báscula del baño para pesarte antes y después de comer. Hay diferencia? A qué será debido? Anota los resultados en tu cuaderno. Con ayuda de una cinta métrica, mide las dimensiones de tu dormitorio. Haz un croquis del dormitorio y señala en él las medidas realizadas. Repite lo mismo con las ventanas y puertas que puede haber. A continuación calcula la superficie de las paredes del dormitorio (recuerda que puertas y ventanas no forman la pared). En la báscula de la cocina, pesa un vaso vacío y lleno de agua. Qué cantidad de agua cabe en el vaso? Sabiendo que un litro de agua pesa mil gramos, cuántos litros de agua caben? c) Para el laboratorio: Experiencia 2 Determinación de la masa y el volumen de una canica Material: Calibre Reactivos: Agua 16

8 Balanza Canica Probeta Vidrio de reloj Procedimiento: 1) Determinación de la masa con la balanza. Comprueba que cuando la balanza está en disposición de pesar y sin nada en el platillo el fiel de la misma marca 0. Sitúa en el platillo un vidrio de reloj limpio y seco y pésalo. Anota el resultado. PESO DEL VIDRIO DE RELOJ g. Deposita ahora la canica en el vidrio de reloj y pesa de nuevo. Anota el resultado PESO DEL VIDRIO DE RELOJ + CANICA g. Calcula el peso de la canica: PESO DE LA CANICA g. 2) Determinación del diámetro de la canica con el calibre y cálculo de su volumen. 17

9 Abre el calibre, introduce la canica en la apertura y vuelve a cerrarlo de modo que sujete bien a la canica y esta no se mueva. La lectura del calibre corresponde al diámetro de la canica. Anota el resultado DIÁMETRO DE LA CANICA mm A partir de este dato calcula matemáticamente el volumen de la canica suponiéndola una esfera perfecta. VOLUMEN DE LA CANICA cm 3 Lectura del calibre: El calibre, o pie de rey, es un instrumento que permite realizar, con una precisión de 0,1 o 0,05 mm, medidas de longitudes en el exterior, interior o profundidad de piezas. Consta de dos escalas, una fija (graduada en milímetros) y otra que se desliza sobre esta llamada nonius que es la que permite establecer las fracciones de milímetro en la medida. Para medir se toma como valor entero el correspondiente a la división inmediatamente anterior al cero del nonius. El valor decimal corresponde a la división del nonius que coincida con otra de la escala fija. (Si el nonius tiene 10 divisiones se aprecian valores de un decimal, 0,1, 0,2, 0,3,... etc. Si el nonius tiene 20 divisiones se aprecian dos decimales 0,05, 0,10, 18

10 0,15, 0,20... etc.) MEDIDA = 21,50 mm MEDIDA = 24,05 mm 3) Determinación del volumen de la canica mediante la probeta. Llena la probeta aproximadamente hasta su mitad con agua. Determina exactamente el volumen de líquido que has puesto. Anota el resultado VOLUMEN DE AGUA EN LA PROBETA ml Introduce con cuidado la canica, comprueba que no quedan burbujas de aire adheridas a la misma (golpea suavemente el fondo de la probeta contra un paño situado en la mesa si es necesario), y determina el nuevo volumen. Anota el resultado VOLUMEN DE AGUA + CANICA ml Calcula el volumen de la canica: VOLUMEN DE LA CANICA ml 19

11 Cuando realices una medida de volumen en el laboratorio debes fijarte en que la superficie del líquido no es plana sino que forma una curva llamada menisco. Esta curva será tanto más acusada cuanto menor sea el diámetro del recipiente. Precisamente por esto la lectura de un volumen se hace siempre con los ojos a la altura del nivel del líquido (se sujeta el aparato de medida por su parte más alta con los dedos y suspendido de este modo se alza hasta los ojos) y se toma como línea de medida la tangente a la curva que forma el menisco. Se cometen fundamentalmente dos tipos de errores, bien por no tomar el nivel como tangente a la curva del menisco (error de nivel) o bien por no efectuar la medida con el nivel de líquido a la altura de los ojos (error de paralaje) Cuestiones: Dibuja todos los materiales empleados en la experiencia. Coinciden el volumen calculado a partir del radio con el volumen medido gracias a la probeta? Cuánta es la diferencia entre ambos? Cuál crees que será el volumen correcto? 20