Carlos Martínez Briones. Hidrostática 1. Cristhian Geovanny Ramírez Parrales

Transcripción

1 ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL INSTITUTO DE CIENCIAS FÍSICAS LABORATORIO DE FISICA B Profesor: Carlos Martínez Briones Título de la práctica: Hidrostática 1 Nombre: Cristhian Geovanny Ramírez Parrales Grupo de trabajo: Cristhian Ramírez P. Danny Regalado Daniela Pincay Fecha de entrega: Paralelo: 12 Lunes, 24 de octubre del 2011 Año:

2 RESUMEN: Para realizar esta práctica aplicaremos formulas ya conocidas para determinar la densidad de cada una de las muestras sólidas dadas por el profesor y también la del diesel, utilizaremos la balanza de Jolly como herramienta principal para que nos arrogue los datos necesarios para poder determinar los resultados de cada densidad. Debemos tener mucho cuidado y darle mucha importancia a cada medición que anotemos ya que la balanza es muy sensible. Para esto debemos establecer un sistema de referencia que será esencial durante todo el desarrollo de la práctica, ya que si no lo tomamos en cuenta obtendremos resultados no muy favorables. Si las mediciones y la aplicación de las formulas son las correctas deberíamos llegar a encontrar como resultado un valor aproximado al de las densidades conocidas de cada uno de las muestras establecidas. (English) To apply this practice already known formulas to determine the density of each solid sample provided by the teacher and that of diesel, use the Jolly balance as the main tool for us to arrogate to himself the information needed to determine the results of each density. We must be careful to give much importance to each measurement we scored as the balance is very sensitive. For this we must establish a reference system will be vital throughout the development of practice, because if we do not take into account we obtain very favorable results. If the measurements and the application of the formulas are correct we should find as a result reach a value close to that of the known densities of each sample set. OBJETIVOS: Utilizar el principio de Arquímedes. Determinar la densidad relativa de sólidos y líquidos. INTRODUCCIÓN: El Principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en el interior de un fluido recibe un empuje hacia arriba que es, en magnitud, igual al peso del líquido que desaloja. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en Newtons en el Sistema Internacional. 2

3 La densidad relativa de una sustancia es la densidad de la sustancia a la densidad del fluido que utilicemos como referencia. El resultado de esta relación es un número que nos indica que tan grande es la densidad de la sustancia con relación a la de referencia. La balanza de Jolly es un dispositivo que puede ser usado para medir la densidad relativa usando para esto el principio de Arquímedes. Consiste en un pedestal tubular cuya altura puede ser ajustada mediante la perilla; una escala Vernier permite tomar las lecturas de los cambios en la altura del pedestal, un indicador situado en un tubo transparente. Del extremo del pedestal se suspenden dos platillos, superior e inferior, mediante un resorte. El platillo inferior se sumerge en el recipiente con fluido, mientras el superior se sostiene en el aire. La muestra del material cuya densidad relativa se desea establecer se coloca en el platillo superior, el peso de la muestra estira el resorte hacia abajo una distancia X, la cual puede ser medida retornando a la posición inicial Fig. 1. Balanza de Jolly que tenían los platillos elevando el extremo del pedestal hasta que el marcador vuelva a colocarse en la posición inicial que tenía antes de depositar la muestra en el platillo; la cantidad X es la altura que se debe elevar el pedestal, la cual se mide en la escala Vernier. El proceso es similar al colocar la muestra en el platillo inferior dentro del agua, la altura que se desplace la llamaremos 3

4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Antes de comenzar la práctica debemos encerar la balanza y escoger un nivel de referencia en el tubo transparente y este nivel no se puede cambiar porque no obtendríamos los resultados deseados. Llenar el vaso de precipitación con agua y luego colocarlo en la balanza de Jolly de modo que el platillo inferior de la balanza quede completamente sumergido en el agua evitando que toque el fondo del vaso. Colocar la muestra 1 (hierro) en el platillo superior y llevamos al sistema a la posición inicial, ajustando con la perilla hasta hacer coincidir nuestro nivel de referencia. Anotamos la medida que nos indica el vernier con su respectiva incertidumbre, a este desplazamiento lo llamaremos X. Enceramos la balanza y el nivel de referencia y ahora colocamos la muestra 1 en el platillo inferior y lo dejamos sumergir completamente en el agua. Con la perilla ajustamos de tal manera que nuestro nivel de referencia coincida con su posición inicial. Anotamos la lectura que nos indica el vernier con su respectiva incertidumbre. A este desplazamiento lo llamaremos. Debemos tener en cuenta que debe ser menor en magnitud a X caso contrario estaría mal la medición. Enceramos la balanza y colocamos el nivel de referencia en su posición inicial. Reemplazamos el agua dentro del vaso de precipitación por diesel y dejamos sumergir al platillo inferior con la muestra 1. Ajustamos con la perilla de manera que nuestro nivel de referencia coincida con la posición inicial. Anotamos la medida que nos indica el vernier con su respectiva incertidumbre y llamaremos a este desplazamiento. Esto se hace para encontrar la densidad relativa del diesel. Se debe cumplir que tiene que ser menor en magnitud a X. Aplicamos las formulas aprendidas para encontrar la densidad de la muestra 1 y la densidad relativa del diesel y aplicando calculo para hallar la incertidumbre de cada una. El mismo procedimiento es para las otras muestras (aluminio, cobre y latin) y solamente se trabaja con el vaso de precipitación lleno de agua ya que la densidad relativa del diesel ya la sabemos y la calculamos. 4

5 Demostración de la fórmula de la densidad relativa Hidrostática 1 La densidad relativa de una sustancia es la densidad de la sustancia a la densidad del fluido que utilicemos como referencia. El resultado de esta relación es un número que nos indica que tan grande es la densidad de la sustancia con relación a la de referencia. Cuando la muestra de estudio se deposita en el platillo superior sobre el resorte si ejerce una fuerza igual al peso de la sustancia. F = mg (2) Si la muestra se coloca en el platillo inferior que esta sumergido en el fluido será: Donde E es el empuje del liquido sobre la muestra. Si se escoge el volumen V de forma que corresponde a la muestra, la densidad relativa, de acuerdo a la ecuación (1) será Al multiplicar numerador y denominador por la magnitud de la aceleración de la gravedad. En donde W=mg y E es el empuje puesto que, es el peso de una cantidad de fluido que ocupa un volumen igual al a muestra. Reemplazando (2) y (3) en (4). Finalmente si se considera la ley de Hooke; la s fuerzas sobre el resorte son proporcionales a las elongaciones respectivas F=kX y ; la ecuación (5) tomara la forma: 5

6 Los valores X y, corresponden a las elongaciones del resorte. Usando un razonamiento similar es posible demostrar que la densidad relativa liquida esta dada por la siguiente expresión: RESULTADOS: CÁLCULOS CON EL HIERRO: En el platillo superior. (Agua) En el platillo inferior. (Agua) En el platillo inferior. (Diesel) 6

7 CÁLCULOS CON EL DIESEL CÁLCULO CON EL ALUMINIO En el platillo superior. (Agua) En el platillo inferior. (Agua) 7

8 CÁLCULO CON EL COBRE En el platillo superior. (Agua) En el platillo inferior. (Agua) 8

9 CÁLCULO CON EL LATON En el platillo superior. (Agua) En el platillo inferior. (Agua) 9

10 Calculo de error de las sustancias solidas Calculo de error de la sustancia liquida Tabla de datos Densidad de las Muestras Sólidas Muestras Sustancia ρ relativa (g/cm 3 ) 1 Hierro 7,60 ± 0,81 2 Cobre 8,76 ± 0,44 3 Aluminio 2,69 ± 0,40 4 Latín 8,76 ± 0,84 Densidad de la Muestra Líquida Muestra Sustancia ρ relativa (g/cm 3 ) 1 Diesel 0,80 ±

11 DISCUSIÓN: Gracias a los datos que tomamos durante la práctica, los cuales fueron suficientes para poder hallar el resultado que necesitamos, se tomó varias veces las mediciones ya que en ocasiones salieron datos disparados. Aplicamos las formulas dadas en clase para encontrar la densidad relativa del fluido y de las muestras sólidas. Llegando así a obtener un valor considerable que se podría aproximar a una sustancia y muestras conocidas. Con los resultados de la densidad obtenidos determinamos que los materiales con que trabajamos eran el hierro, aluminio, cobre y latín que eran las muestras sólidas y el diesel la líquida. Es muy importante la propagación de error porque con estos pudimos aproximar y tener referencia entre que intervalo estaría nuestra muestra a descubrir, en los cuales obtuvimos resultados favorables. CONCLUSIONES: Pudimos comprobar de buena manera el Principio de Arquímedes tomando como herramienta principal la balanza de Jolly para aproximar los valores reales de cada uno de las muestras y fluidos utilizados para esta práctica, los cuales eran: En varias ocasiones la lectura individual que se tomaba del vernier no era la misma y ocasionaba que los resultados y el cálculo de las incertidumbres salieron diferentes para cada uno, aun así los resultados que obtuvimos se encuentran dentro de un intervalo aceptable lo que nos dio a entender que si estábamos desarrollando de buena manera la práctica. BIBLIOGRAFIA: Guía de Laboratorio de Física B. FEII/Experiencia3_08.doc+balanza+de+jolly&cd=10&hl=es&ct=clnk&gl=ec. 11

12 Anexos 1. Observaciones y datos a) Densidad relativa de un solido. b) Complete la tabla mostrada. Muestras Sustancia 1 Hierro 1,52 1,32 2 Cobre 0,43 0,27 3 Aluminio 3,68 3,26 4 Latín 3,62 3,32 c) Determine la densidad relativa de los materiales mostrados. Densidad de las Muestras Sólidas Muestras Sustancia ρ relativa (g/cm 3 ) 1 Hierro 7,60 ± 0,81 2 Cobre 8,76 ± 0,44 3 Aluminio 2,69 ± 0,40 4 Latín 8,76 ± 0,84 d) Densidad relativa de un solido. e) Complete la tabla de datos mostrada. Muestras Sustancia 1 Hierro 1,52 1,36 1,32 2 Cobre 0,43 0,30 0,27 3 Aluminio 3,68 3,32 3,26 4 Latín 3,62 3,36 3,32 12

13 f) Utilizando las tres muestras solidas. Calcular experimentalmente la densidad relativa del líquido suministrado. Densidad promedio del diesel Muestras Sustancia ρ relativa (g/cm 3 ) 1 Hierro 0,80 ± 0,01 2 Cobre 0,81 ± 0,01 3 Aluminio 0,86 ± 0,01 4 Latín 0,87 ± 0,01 2. Análisis a) Determine el error relativo de cada densidad relativa obtenida de las muestras solidas Densidad de las Muestras Sólidas Muestras Sustancia Error relativo 1 Hierro 2,56 % 2 Cobre 1,57 % 3 Aluminio 0,37 % 4 Latín 1,86 % b) Determine el error relativo de la densidad relativa obtenida de la muestra liquida. Densidad de las Muestras Sólidas Muestras Sustancia Error relativo 1 Diesel 5,88 % c) Obtenga la ecuación (7) F = mg (2) 13

14 d) El acero es más denso que el agua. Entonces, Por qué flotan los barcos de acero? Según el principio de Arquímedes si un objeto flota en el agua es porque su densidad es menor que la de ésta. Los barcos de acero o de metales más densos que el agua se hundirían irremisiblemente si no fuera porque se diseñan de tal forma que su quilla (la parte en contacto con el agua) tiene compartimentos que pueden llenarse de aire o de agua, disminuyendo o aumentando su densidad a voluntad. e) Cuando una persona en un bote de remos en un pequeño lago lanza un ancla por la borda, el nivel del agua en el lago sube, baja o permanece igual? El nivel del agua sube por que al principio el bote ocupa un determinado espacio en el lago y al lanzar el ancla este ocupara un pequeño lugar en el lago lo cual hara que el nivel del lago aumente, aunque no lo notemos. 14

15 V DE GOWIN Hidrostática 1 Hidrostática 1 CONCEPTUAL/TEÓRICO (Pensar) METODOLÓGICO (Hacer) TEORIA El Principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en el interior de un fluido recibe un empuje hacia arriba que es, en magnitud, igual al peso del líquido que desaloja. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes PREGUNTA CENTRAL Qué nos enseña el principio de Arquímedes AFIRMACION Aplicamos las formulas dadas en clase para encontrar la densidad relativa del fluido y de las muestras sólidas. Llegando así a obtener un valor considerable que se podría aproximar a una sustancia y muestras conocidas. CONCEPTOS CLAVES Densidad Densidad relativa Principio de Arquímedes ANALISIS: CONCLUSION RESULTADOS Pudimos comprobar de buena manera el Principio de Arquímedes tomando como herramienta principal la balanza de Jolly para aproximar los valores reales de cada uno de las muestras y fluidos utilizados para esta práctica 15