DENSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL– FÍSICA II
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DENSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL– FÍSICA II
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL
FÍSICA II INFORME DE LABORATORIO 1
DENSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL
DOCENTE:
Manuel Es!a"a
ALUMNOS:
U#a$an C%&'ue(&!&##& Es%e)an* Ma!+a Es,+n&-a G+!.l"e- Fann* /a%e!+n 0a(&!a Ra(+!e- Lesl*
LIMA – PERÚ
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DENSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL– FÍSICA II
DENSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL OBJETIVOS: MARCO TEÓRICO:
Densidad: •
•
Los cuerpos difieren por lo general en su masa y en su volumen. Estos dos atributos físicos varían de un cuerpo a otro, de modo que si consideramos cuerpos de la misma naturaleza, cuanto mayor es el volumen, mayor es la masa del cuerpo considerado. No obstante, existe algo característico del tipo de materia que compone al cuerpo en cuestión y que explica el por qué dos cuerpos de sustancias diferentes que ocupan el mismo volumen no tienen la misma masa o viceversa. un cuando para cualquier sustancia la masa y el volumen son directamente proporcionales, la relación de proporcionalidad es diferente para cada sustancia. Es precisamente la constante de proporcionalidad de esa relación la que se conoce por densidad y se representa por la letra griega p.
! " !eso # " #olumen g " celeración de la gravedad. La densidad de una sustancia es la masa que corresponde a un volumen unidad de dic$a sustancia. %u unidad en el %& es el cociente entre la unidad de masa y la del volumen, es decir 'g(m).
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Peso específico: •
El peso específico representa la fuerza con que la *ierra atrae a un volumen unidad de la misma sustancia considerada.
•
•
La relación entre peso específico y densidad es la misma que la existente entre peso y masa La unidad del peso específico en el %& es el N(m).
Tensión superficial:
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%e denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de +rea. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero desplazarse por la superficie del agua sin $undirse. La tensión superficial una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos-, unto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. /omo efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.
“Principio de Arquímedes” •
Los cuerpos sólidos sumergidos en un líquido experimentan un empue $acia arriba. Este fenómeno, que es el fundamento de la flotación de los barcos, era conocido desde la m+s remota antig0edad, pero fue el griego rquímedes 1234151 a. de /.- quien indicó cu+l es la magnitud de dic$o empue. 6e acuerdo con el principio que lleva su nombre, todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta un empue vertical y $acia arriba igual al peso del volumen de líquido desaloado.
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Ecuación Fundamental
de
la
Hidrostática !ara calcular la
forma en que
varía la presión
desde
superficie
del
líquido $asta el
fondo considere
del una
recipiente, porción de
la
líquido en forma de disco a cierta profundidad por debao de la superficie, de espesor infinitesimal. Las fuerzas que act7an sobre esa porción de líquido a lo largo del ee y son las siguientes.
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8g " mg " r#g
" rgdy
atracción gravitatoria8 " p peso de las capas líquidas superiores8 9 " p : dp- fuerza equilibrante eercida por las capas inferiores de líquido/uando el sistema est+ en equilibrio, se debe cumplir; 8 9 < 8 < 8g " may " = p : dp- < p < rgdy " =
%implificando y ordenando esta expresión se llega a; dp " rgdy . !ara $allar la diferencia de presión entre dos puntos ubicados a diferentes profundidades y5,y1 debemos integrar a ambos lados de la expresión anterior;
Entonces nos queda;
5-
Esta expresión es v+lida para líquidos y gases. En los gases $ay que tomar en cuenta la dependencia de la densidad r con la altura> r " ry-. /omo los líquidos son
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pr+cticamente incompresibles, la densidad r se puede considerar constante y extraerla fuera de la integral.
!ara líquidos; /onsiderando r " constante en 5-;
1-
*omando y1 < y5 " $ profundidad a partir del punto 5- y 6p " p1 < p5, sustituyendo y arreglando términos en esta expresión, se llega a;
p2 p! " r#$
%&'
Esta ecuación se conoce como la ecuación fundamental de la $idrost+tica. En particular, si el punto 5 se toma en la superficie del líquido, p5 representa la presión en la superficie, y $ la profundidad a partir de la superficie.
(ET)D) DE* A+,**) %+ou- !.!.' En el método de Nouy, se utiliza un anillo teórico suspendido $orizontalmente, en forma perfectamente paralela con la superficie o interfase. El anillo tiene un radio ?, y esta $ec$o con un alambre de radio r, resultando en un perímetro total de L " @A?. Nótese que este perímetro es una aproximación, ya que no toma en cuenta 3 1
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la posición exacta de la línea de contacto trif+sico respecto al anillo. En todo caso es v+lido si r BB ?. !ara medir la tensión superficial, primero se moa completamente- el anillo y luego se procede a levantarlo $asta el arranque. /ualquier sea el +ngulo de contacto, la dirección de aplicación de la fuerza de tensión varia a medida que se extrae el anillo del líquido. Existe una posición de la línea de contacto, en la cual la fuerza de tensión resulta vertical. En esta posición la proyección vertical de la fuerza de tensión es m+xima. El método experimental toma encuentra esta característica, ya que se mide la fuerza m+xima.
dem+s se debe considerar que excepto en el caso en que r BB ?, entonces el menisco interno y el menisco externo no tienen la misma forma. En consecuencia existen realmente dos posiciones en que la fuerza pasa por un m+ximo. !ara evitar este problema se trata siempre de que se cumpla r BB ?.
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MATERIALES:
PROCEDIMIENTOS: DETE/(,+A0,1+ DE *A DE+,DAD DE 3+ 03E/P) 6E*E?C&N/&DN 6E L C% 6E N /E?!D; •
/omenzaremos equilibrando el brazo de la balanza utilizando el disco que se encuentra en el extremo opuesto a la masa suspendida, esto lo $aremos austando este disco mediante rotaciones para $acer variar su posición,
•
$asta que el brazo quede $orizontal . %eguidamente retiraremos el cuerpo suspendido el brazo perder+ el equilibrio-, y restableceremos el equilibrio mediante inetillos que ser+n colocados en el brazo.
6E*E?C&N/&DN 6EL EC!FE; •
Nuevamente equilibraremos la balanza siguiendo los pasos anteriormente
•
dic$os. /olocaremos el vaso grande lleno de agua debao del cuerpo que se encuentra colgado en el extremo del vaso, de tal manera que este se encuentre totalmente sumergido se observara que el brazo se inclina ligeramente $acia arriba-, y con los inetillos $aremos que el brazo vuelva a su posición inicial.
DETE/(,+A0,)+ DE* 0)EF,0,E+TE DE TE+,)+ 3PE/F,0,A* CG*D6D 5;
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rmaremos un sistema que conste de una balanza con un balde colgado en unos de sus extremos y un anillo en el otro este debe estar paralelo a la
•
base de la balanza-. /olocaremos un vaso grande lleno de agua debao del anillo de tal manera que este ingrese ligeramente al agua, para esto contrapesaremos el peso del
•
balde con un inetillo. %eguidamente colocaremos poco a poco arena en el balde $asta que el anillo
•
dee de tener contacto con el agua. Luego retiraremos el agua y volveremos a equilibrar la balanza con los inetillos.
CG*D6D 1; •
•
%umergimos el dispositivo formado por los tubitos y el $ilo en una mezcla abonosa. !osteriormente colgaremos el tubo ya sumergido y mediremos la distancia entre los tubitos, la separación mínima entre los $ilos y la longitud de un $ilo.
CALCULOS Y RESULTADOS: CH*D6D 5;
CH*D6D 1;
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!ara poder $allar el tensión superficial curva que se forma, como un arco de circunferencia;
•
En la vertical; 3 1
coeficiente de consideraremos a la
DENSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL– FÍSICA II m× g =2 T sin α + 2 δ × 2 a
II. 5-
En la $orizontal;
•
2 δ ×2 h
=2 T cos α 445 %2'
6espeamos * de 1 , lo reemplazamos en 5 y despeamos J ;
•
α a + h tan ¿
¿ 4¿
δ =
=
tan α
2
¿
nalizando el tri+ngulo tenemos;
•
R
mg
R + b −a h
2
2
=h +( R + b −a )
•
6espeando ?, tenemos; 2
2
h +( b− a ) R= 2 ( a −b )
•
?eemplazamos ? en
tan α
; 2
2
h −( b −a ) tan α = 2 h ( a −b )
•
$ora reemplazamos
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tan α
en
δ
, con lo que nos queda;
DENSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL– FÍSICA II α a + h tan ¿
¿ h −( b− a) ) a+h ( 2 h ( a− b ) 4¿ 4¿ 2
δ =
2
mg
¿
mg
δ = 2
(
h
2
a− b
+a + b)
$ora que $emos $allado a que es igual el coeficiente de tensión superficial procederemos a reemplazar nuestros datos.
−3 Kg 0.9 gr × 10
δ =
gr
× 9.81
m s
2
2
( 6.14 cm ) + 2.615 cm+ 2.35 cm) 2( 2.615 cm− 2.35 cm
−3 N
δ = 0.03 × 10
m
CONCLUSIONES: •
•
•
La atracción del objeto se debe a la fuerza de la tensión superficial. El cobre y el plomo se hunden debido a su mayor densidad mientras que el tecnopor tiene su densidad menor que del agua. Conocemos la densidad de la ecuación del empuje, que a su vez esta se determina de la igualdad de fuerzas en el equilibrio.
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