UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERÍA E.A.P. INGENIERÍA CIVIL
CURSO
: FISICA II
PROFESOR
: CRINTIAN PUICAN
TEMA
:
DENSIDAD DE LÍQUIDOS NO MISCIBLES
INTEGRANTES: CHÁVEZ RODRÍGUEZ ROLDAN
200513045
GENOVES ROSAS WILMER
200513022
GUTIERREZ CAPRISTANO JUAN
200313040
NUEVO CHIMBOTE – PERU 2009
DENSIDAD DE LÍQUIDOS NO MISCIBLES
I. INTRODUCCIÓN: Una aplicación de la ecuación fundamental de la estática de fluidos es la determinación de la densidad de un líquido no miscible con agua mediante un tubo en forma de U, comparando las diferentes alturas de las columnas de fluido sobre la superficie de separación.
II. OBJETIVOS:
Determinar la densidad de líquidos no miscibles en forma indirecta, mediante la medición de las masas y volúmenes de estos
Determinar la densidad de líquidos no miscibles mediante la aplicación de la ley fundamental de la hidrostática.
III. FUNDAMENTO TEÓRICO: La densidad de un material homogéneo se define como su masa por unidad de volumen. Su unidad en el sistema de internacional es Kg/m 3 , y su determina mediante la ecuación:
=m
ρ
Donde:
m: masa (Kg.)
V
v: volumen (m3)
ρ: densidad (Kg. /m3)
En un líquido contenido en un vaso abierto, la presión ejercida a una determinada profundidad (h), esta dada por:
p
= p +ρ hg 0
Donde: P
ρ
=
=
Presión absoluta
P 0
Densidad del líquido.
=
Presión atmosférica.
g = aceleración de la gravedad.
h = profundidad con respecto a la superficie del liquido.
Si se llena en un tubo en U con dos líquidos no miscibles, por ejemplo un líquido denso en el tubo de la derecha y otro menos denso en el de la izquierda, como se muestra en la figura Nº 01, la presión puede ser diferente al mismo nivel en los diferentes lados. En la figura, la superficie líquida esta más alta en el tubo de la izquierda que en de la derecha. La presión en A será mayor que la presión en B. La presión en C es la misma que en D, de acuerdo al principio de vasos comunicantes. Tomemos el nivel C (columna de la izquierda) hasta la superficie
del
líquido y llamemos esta altura h A, del mismo modo para la columna de la derecha hB, se puede demostrar que la densidad del líquido de la columna de la izquierda esta dado por:
ρ 1
Donde
= ρ d
h B ha
: ρ 1 ρ d
= densidad del liquido de la izquierda. = densidad del liquido de la derecha.
pabs
= p + pm
pabs
= p + pgh
0
0
P A
=P B
p0
+ p A gh B = p + p B gh B 0
p A gh A p A
= p B gh B
h B = p B h a
hA
A
B hB
C
C
F IG U R A N º . 1
Fig. Nº 01. Manómetro en forma de U.
IV. MATERIALES:
Una probeta graduada
Un vernier
Una pipeta
Un tubo de vidrio doblado en U (Transparente, altura: 30 cm., diámetro interior: 10 mm)
Un Soporte, dos nueces y dos pinzas
Líquidos no miscibles (ejemplos: agua, aceite, kerosene, petróleo, etc.) NOTA: los líquidos traerá el alumno.
V. PROCEDIMIENTO:
a)
Medir la masa usando la balanza digital de 50 ml de cada
uno de los líquidos. Expresar éstas mediciones con su respectiva incertidumbre experimental. b)
Utilizando la ecuación (1) determine la densidad de cada
uno de los Líquidos con su respectiva incertidumbre experimental. c)
Montar el equipo según esquema de la figura Nº 01.
d)
Con la pipeta vierta primero en el tubo agua, luego en la
columna de la izquierda vierta el otro líquido. e)
Mida independientemente cada integrante del grupo las
alturas h A y hB con el vernier. Haga un análisis de incertidumbre de éstas mediciones. f)
Repetir para los demás líquidos.
g)
Utilizando la ecuación (3), determine la densidad de cada
líquido con su respectiva incertidumbre experimental. Para la densidad del agua tomar el valor obtenido en el paso (b).
VI. RSULTADOS: Utilizando la fórmula:
p A
h B = p B h a
Se procedió a encontrar los resultados pedidos.
Tabla Nº 01: Agua vs. Aceite Hagua (cm) 23
Haceite (cm) 21.2
ρ aceite (gr/cm3) 0.92
ρagua (gr/cm3) 1
Tabla Nº 02: Agua vs. Kerosene Hagua (cm) 27.5
Hkerosene (cm) 24
ρ kerosene (gr/cm3) 0.87
ρagua (gr/cm3) 1
Tabla Nº 03: Agua vs. Petróleo Hagua (cm) 25
Hpetróleo (cm) 21.8
ρ petróleo (gr/cm3) 0.872
ρagua (gr/cm3) 1
VII. DISCUSIÓNES Y CONCLUSIONES: DISCUSIÓN: Al realizar la experiencia en el laboratorio se pudo comprobar que la densidad de los líquidos es una característica propia de ellos y están dadas en base a una densidad relativa (agua). Además encontramos que la presión y temperatura no la afectan y que cuanto mas pesado sean las sustancias se ubicará en el fondo del recipiente, de lo cual podemos deducir que el volumen es inversamente proporcional a la densidad.
CONCLUSIONES:
Dado que A y B están a la misma altura sus presiones deben ser iguales.
La presión en A es debida a la presión atmosférica más la debida a la altura h2 de la columna de fluido cuya densidad 2 queremos determinar.
La presión en B es debida a la presión atmosférica más la debida a la altura h1 de la columna de agua cuya densidad conocemos.
Las densidades de los dos líquidos no miscibles están en relación inversa a las alturas de sus columnas sobre la superficie de separación en el tubo en forma de U.
VIII. CUESTIONARIO: 1) Determinar la ecuación (3). Utilice la figura Nº 01
B
A
hA
hB C
C
FIGURA Nº. 1
pabs
= p + pm 0
Sabiendo que:
pabs
= p + pgh 0
P A
=P B
p0
+ p A gh B = p + p B gh B 0
p A gh A p A
= p B gh B
h B = p B h a
Otra forma seria:
Por el principio de la hidrostática tenemos que la presión en C en la izquierda es igual a la presión a la derecha.
Pc = Pc
Sabemos que presión es igual (Peso Especifico del liquido por altura), no se toma la presión atmosférica Por estar abiertos ambos tubos.
2)
¿Explique por qué el método usado para líquidos no miscibles no se aplica a líquidos miscible? ¿qué método aplicaría para calcular las densidades de líquidos miscibles? No se aplica éste método por que estos líquidos se mezclan y por lo tanto no existe ninguna altura que
separe a uno del otro. Si se mezclan
entonces harían un solo fluido, entonces tendríamos la densidad de ese fluido (densidad total).
Densidad total = densidad del fluido conocido +densidad del fluido
Se usa los instrumentos como el picnómetro y el densímetro para mezclas; como también miscibles.
3)
¿La temperatura y presión afecta la densidad de un liquido y de un gas? Explique
La presión y temperatura no la afectan y que cuanto mas pesado sean las sustancias se ubicará en el fondo del recipiente, de lo cual podemos deducir que el volumen es inversamente proporcional a la densidad.
4) ¿Cómo determinaría la densidad de un gas? Lo determinaría por el principio de Arquímedes que nos dice:
Todo cuerpo sumergido en forma parcial
o total en un gas,
experimenta la acción de una fuerza vertical con sentido hacia arriba denominada EMPUJE(E) .
E = ρ GAS gV s Donde: ρGAS = densidad del gas
g = gravedad
VS = volumen del cuerpo sumergido
5)
Un tubo en U sencillo contiene mercurio. Cuando se hecha 13.6 cm de agua en la rama derecha, ¿Hasta que altura sube el mercurio en la rama izquierda, a partir de su nivel inicial? Sea el líquido de color rojo el agua, y el líquido de color verde el mercurio (Hg).
ρ agua
=1
gr cm
3
ρ hg
=13 .6
Agua 13.6
H C C
DD
Mercurio
gr cm 3
Sabemos que:
ρ 0
+ ρ agua
ρ agua
H
PC = PD
gh agua
gh agua
=ρ agua
= ρ +ρ hg gH 0
=ρ hg gH
hagua
ρ HG Remplazando valores
1 gr cm H =
3
x13 .6cm
13 .6
H
=1cm
gr cm 3
IX. BIBLIOGRAFÍA:
ALONSO MARCELO, FINN EDWARD J., Física Mecánica, Vol. 1, Fondo
Educativo Interamericano S.A., Bogotá D.E. 1979.
HALLIDAY DAVID, RESNICK ROBERT, Física Parte I, Cía Editorial
Continental S.A., México D.F. 1989.
MCKELVEY JOHN P., GROTCH HOWARD,
Física para Ciencias
e
Ingeniería, Vol. 1, 1ª. Ed. Editorial Harla S. A., México D.F. 1980.
SEARS FRANCIS W.,
ZEMANSKY MARK W., Física General, Editorial
Aguilar, Madrid España 1971.
SOLER P., NEGRO A., Física Práctica Básica, Alhambra 19798.
