LABORATORIO FÍSICA GENERAL CÓDIGO: 100413 SECCION 1 UNIDAD 1: MEDICIÓN Y CINEMÁTICA
Presentado a: Manuel Julián Escobar Tutor Laboratorio Entregado por los Estudiantes: Edier Patiño Díaz Código: 5994965
[email protected] Stefania Aguilar Código: 1.013.611.751 Jhony Linares Código: 1.072.073.488 Ingrid Hurtado Código: 1.013.591.295 Laura Flores Código: 1.012.447.654
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA SEPTIEMRE DE 2018 BOGOTA
INTRODUCCIÓN A través de la primera práctica de laboratorio del curso física general se realizaron mediciones de una esfera de acero, un cilindro de madera y un paralelepípedo (ortoedro) de aluminio; para determinar el área, peso y volumen apoyándonos en los modelos matemáticos existentes.
La cinemática es la rama de la física que estudia el movimiento sin considerar sus causas, en el segundo experimento se realizaron lanzamientos parabólicos con tres grados diferentes de lanzamiento.
En la tercera práctica se realizó la medición; varias veces, del tiempo de caída libre de una esfera a una altura determinada para determinar el valor aproximado de la gravedad en el lugar de la práctica.
OBJETIVOS Comprender mediante la experimentación y los modelos teóricos establecidos los resultados obtenidos en la práctica de laboratorio.
Complementar los temas de la unidad 1 del Módulo “Física General UNAD” .
Determinar el valor de la masa, volumen y densidad de cuerpos sólidos suministrados en la práctica y compararlos con la teoría.
PRACTICA 1: DETERMINACION DE LA DENSIDAD DE LOS CUERPOS PROBLEMA: ¿Cómo se realiza la medición de longitudes y masa?, ¿Cómo hallar volumen y densidad de los cuerpos?
MARCO TEORICO: Masa: Es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo (M). La unidad de masa estándar, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg).
Volumen: El volumen es el lugar que ocupa un cuerpo en el espacio, y es otra propiedad física de la materia, susceptible de variaciones por efecto de la temperatura y la presión atmosférica del lugar donde se realice la reacción. La unidad del volumen es el metro cúbico (m3).
Determinación volumen de sólidos: Para determinar el volumen de los sólidos se debe tener en cuentas si se trata de un sólido regular (solido geométrico), en cuyo caso se hará uso de las fórmulas geométricas conocidas. Si se trata de un sólido irregular (amorfo), su volumen se determinará por las cantidades de agua desplazadas por el sólido, cuyo volumen se requiere determinar, que viene a ser una aplicación del principio de Arquímedes.
Volumen de líquidos: Para la medición volumétrica de líquidos deberá considerarse lo siguiente. El menisco o sea la forma de la superficie del líquido, cuando este es observado tanto en la parte inferior y superior, da la idea de medida. Si el líquido moja las paredes del recipiente (ejemplo el agua), se considera como aceptable para una buena medición la parte inferior del menisco (superficie cóncava) y cuando el líquido no moja las paredes del recipiente (ejemplo el mercurio), se considera la parte superior del menisco (superficie convexa), en ambos casos debe de observarse colocando la vista al mismo nivel del líquido.
Densidad: La densidad es una propiedad física de las sustancias que relaciona su masa con el volumen, por lo tanto, se considera una unidad derivada. Para determinar la densidad de un sólido o un líquido, es necesario conocer la masa y el volumen de este. Densidad = Masa/Volumen
FORMULAS: Formulas: Densidad, Masa, Volumen
=
= =
Volumen cuerpos geométricos:
í = ℎ
= .
= 2..ℎ
INSTRUMENTOS: Calibrador Vernier (pie de rey)
Balanza.
Probeta plástico 100 ml
MATERIALES: Esfera, cilindro de madera, bloque de aluminio.
PROCEDIMIENTO: Se recibe instrucción de las medidas de seguridad en un laboratorio, manejo de residuos y ruta de evacuación en caso de emergencia. Se recibe instrucciones sobe cada una de las practicas. Se calibro la balanza y se determinó la masa (gr) de los tres objetos. Se determinó las longitudes (cm) de cada uno de los tres objetos. Se calculó el volumen de los tres objetos. Se calculó la densidad de los 3 objetos
ANALISIS DE RESULTADOS: 1. Calcule la densidad de los 4 (3 columnas y 1 pieza del set de masas) objetos en g/cm3 a partir de los valores de las masas “m” y volúmenes. Tabla 1: Resultados obtenidos práctica 1 OBJETO
m(g)
l(cm)
a(cm)
e(cm)
Cilindro (Madera)
0,317
5
0,75
-
Bloque (Aluminio)
62,4
5,6
2
2
Esfera (Acero)
28,5
1,8
-
-
V(cm)3
D(g/cm)3
Tabla 2: Resultados obtenidos práctica 1- Método de Inmersión OBJETO
m(g)
Vo(cm)3
V1(cm)3
Bloque (Aluminio)
62,4
50
71,5
Cilindro de madera
Datos: Diámetro Radio Altura Volumen Densidad
= = = =
=3,1416 = 1,5 cm = 0,75 cm = 5 cm =? =?
. ℎ (3,1416)(0,75 ) (5 ) (3,1416)(0,5625 )(5 ) ,
V(cm)3
D(g/cm)3
1
= 8,84
1.000.000
0,00000884
= 8,84 10− = =
=
0,317 8,84
= 0,036 = 0,036
= ,
1.000.000
= 36
1
1 1.000
Bloque (paralelepípedo de aluminio)
Datos: Largo (l) Alto (a) Ancho (A) Volumen Densidad
= 5,6 cm = 2 cm = 2 cm =? =?
= . . = (5,6 ). (2 ). (2 ) = , 1 = 22,4 1.000.000 = 0,0000224 = 2,24 10−
= =
=
= 2,78
62,4 22,4
= ,
1.000.000 1
1 1.000
= 2,79
= 2790
Esfera (Hierro)
= =
4 3 4
(3,1416)(0,9 )
3 = ,
1
= 3,05
1.000.000
0,00000305
= 3,05 10− Densidad esfera (Acero) =
=
=
= 9,33
28,5 3,05
= ,
1.000.000
1 = 9,33 = 9330
1 1.000
2. Compare la densidad de la pieza seleccionada del set de masas con la de las columnas metálicas y determine numéricamente la relación entre los objetos comparados. OBJETO
D (Teórica)
D (Obtenida)
Variación
Cilindro (Madera)
-
-
Bloque (Aluminio)
2,7
3,1%
Esfera (Hierro)
7,86
15,8%
La densidad más baja es la madera, posteriormente el bloque de aluminio y la más alta fue la esfera de acero. La densidad teórica del aluminio es de 2,7 y la obtenida en la práctica fue de 2,79
Con una variación de 3,1%
La densidad teórica del acero es de 7,86 y la obtenida en la práctica fue de 9,33 Con una variación de 15,8%
Densidad por Método de inmersión OBJETO
D (Teórica)
Bloque (Aluminio)
2,7
D (Obtenida)
Variación
7,0%
La densidad teórica del aluminio es de 2,7 y la obtenida en la práctica fue de 2,9 Con una variación de 7%
3. Organice las columnas secuencialmente de menor a mayor, conforme sus densidades. Densidades obtenidas en la práctica: Madera Aluminio Acero
0.036 2,79 9,33
4. Responda las siguientes preguntas: A. ¿Qué puede afirmar acerca de la densidad de la columna de madera en comparación con las columnas metálicas? Es menor, la densidad de la madera puede cambiar, ya que no conocemos el origen de madera suministrada. La madera de menor densidad (ligera) es la balsa con una densidad, inferior a 500 kg/m3 y la de mayor densidad (Muy pesada) es el ébano con una densidad superior a 1.000 kg/m3 También se deben tener aspectos como la cantidad de agua absorbida, formación de las capas, edad de corte, entre otras.
B. ¿Qué proceso diferente al realizado en la presente práctica, permite determinar la densidad de otros materiales?
Picnómetro: Vaso de vidrio con volumen definido. Se pesa vacío y se llena con la muestra y se pesa de nuevo. La diferencia dividida volumen es la densidad de la muestra.
Balanzas electrónicas medidoras de densidad: En líquidos y sólidos como plásticos, de gomas, de metales sinterizados, de cerámica, de vidrio y de otros materiales no metálicos. La medición de la densidad en líquidos se realiza midiendo el impulso de ascenso con un cuerpo de cristal. La medición de la densidad en sólidos se realiza a través del peso y el volumen de una muestra.
Conociendo la estructura química del gas, la presión y la temperatura en la que se encuentra, podemos encontrar la densidad basándonos en la ley de los gases ideales.
C. ¿Hay sustancias cuya densidad sea mayor que la del acero? ¿De qué características físicas depende que existan estos materiales con mayor densidad? Si, los metales más densos que el acero son:
Mercurio Platino
13,50 gr/cm3 21,50 gr/cm3
Oro Osmio
19,30 gr/cm3 22,60 gr/cm3
“El Gran colisionador de hadrones ha creado una sustancia muy caliente. Es de momento la materia más densa conocida. Conocido como “plasma de quarks”, el estado primordial de la materia es posiblemente la forma en la que se encontraba el universo antes del Big Bang. El material es cien mil veces más caliente que el interior del sol y es más denso que una estrella de neutrones, uno de los objetos más densos conocidos en el universo. La materia densa actúa como líquido Intentando crear cientos de miles de colisiones por segundo a alta velocidad los científicos esperan poder romper las partículas subatómicas para conseguir una forma más básica de la materia y poder estudiar así cómo era el universo antes del Big Bang. Los científicos del LHC consiguieron plasma de quark-gluones aplastando átomos de plomo (átomos de plomo que anteriormente han sido despojados de sus electrones) a la velocidad de la luz.” Obtenido de la revista National geographic https://www.nationalgeographic.es/ciencia/la-materia-mas-densa-conocida-hasido-creada-en-el-gran-colisionador-de-hadrones
D. ¿Qué método podría utilizarse para determinar la densidad de un gas? Mediante la ley de los gases ideales P.V = n.R.T P = Presión V = Volumen n = m/MM n = número de moles m = masa MM = Masa (o peso) Molecular (también se puede encontrar escrito como PM o Pm) R = 0,082 atm (Constante del gas ideal)
Ejemplo: Calcular la densidad de C4H8 a 273 °C y a 1520 mmHg de presión. T = 273 °C + 273,15 = 546,15 K P = 1520/760 = 2 atm MM = MM de C4 + MM de H8 = (4 x 12) + (8 x 1) = 56 g/mol d = (MM)(P/RT) = (56)(2)/(0,082)(546,15) = 2,50 g/L
Características de los gases ideales Las partículas del gas se mueven a gran velocidad, de forma lineal pero desordenada La velocidad de las partículas del gas es proporcional a su temperatura absoluta (en Kelvins) Las colisiones son elásticas. Se considera que las partículas no interaccionan entre sí. Es decir, no se repelen ni se atraen. La suma del volumen de las partículas es despreciable si comparado con el volumen que el gas ocupa.
E. ¿Cuál es el material del que está hecha la pieza del set de masa? Escogimos la columna de aluminio, utilizado en la práctica de inmersión.
ANALISIS DE ERRORES: Solo se realizó una medición, lo cual es muy poco para obtener una cifra más cercana a la teoría.
CONCLUSIONES DE LA PRACTICA 1: Se requiere de mucha paciencia para realizar las mediciones varias veces y obtener unos datos confiables. Cuando se realizan investigaciones en las que se toman medidas, es necesario verificar muchas veces las medidas de los resultados y detectar cualquier variable que altere los resultados correctos.
PRACTICA 2 LANZAMIENTO DE PROYECTILES PROBLEMA: ¿Verificar el comportamiento de un movimiento parabólico?
MARCO TEORICO: El movimiento parabólico describe dos movimientos: en el eje x(Horizontal)-M.R.U. y en el eje y(Vertical)- M.U.A. El valor (horizontal) de la velocidad (Horizontal) es igual a la inicial en cualquier instante de tiempo) El valor de la aceleración de la gravedad (vertical) es constante. Sin acción de la gravedad, el proyectil seguiría una trayectoria rectilínea; a causa de la gravedad cae como si se le soltara desde el reposo, experimentando aceleración constante.
FORMULAS: Eje x
Eje y
INSTRUMENTOS: Péndulo balístico
MATERIALES: Mesa Papel carbón Metro
PROCEDIMIENTO: ANALISIS DE RESULTADOS: ANALISIS DE ERRORES: CONCLUSIONES DE LA PRACTICA 2:
PRACTICA 3 CAIDA LIBRE
PROBLEMA: ¿?
MARCO TEORICO:
FORMULAS: INSTRUMENTOS: MATERIALES: PROCEDIMIENTO: ANALISIS DE RESULTADOS: ANALISIS DE ERRORES: CONCLUSIONES DE LA PRACTICA 2:
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS SERWAY, R. A., & Jewett, J. W. (2014). Física para Ciencias e Ingeniería Vol I. Mexico, Distrito Federal, México: Cengage Learning Editores S.A. de C.V.
TORRES, Diego A. Módulo de Física General. Facultad de Ciencias Básicas e Ingeniería. UNAD.Bogota. 2005.
CIBERGRAFIA Página David Valenzuela. Disponible en: https://www.fisic.ch/contenidos/termodin%C3%A1mica/ley-de-los-gases-ideales/ Acceso 16 de septiembre de 2018.
Revista National geographic. Disponible en: https://www.nationalgeographic.es/ciencia/la-materia-mas-densa-conocida-hasido-creada-en-el-gran-colisionador-de-hadrones Acceso 17 de septiembre de 2018.
Blog de física y de matemáticas. Disponible en: https://www.fisimat.com.mx/tiro-parabolico/ Acceso 17 de septiembre de 2018.
