MEDIDAS Y OBSERVACIONES EN CIENCIA Michael G. Osuna, Laura N. Pava Contenido
Resumen
La real realiz izac ació ión n de medi medici cion ones es es el medi medio o medi median ante te el cual cual se pued puede e deter determin minar ar el valor valor de la magnit magnitud ud de cualqu cualquier ier propi propieda edad d físic física a de la materia. En esta experiencia se llevaron a cabo diversas mediciones de masa y volumen con la nalidad de determinar la densidad de un sólido y la dens densiidad dad de un líqu líquid ido o uti utiliza lizand ndo o vari vario os inst nstrume rument ntos os y métod étodo os experi experimen mental tales. es. Alguno Algunos s instrum instrument entos os usados usados fuero fueron n el picnóm picnómetr etro o la pipeta aforada la pipeta graduada y la probeta. !e los resultados obtenidos se real realiz izó ó una comp compar arac ació ión n opor oportu tuna na que que perm permit itie iera ra conc conclu luir ir que que su exactitud corresponde al orden en que fueron men cionados anteriormente. Introducción 1. Meto Metodo dolo logí gía a
1 2
1.1 Instrumentos ...………….………….2 ...………….………….2 1.2 Procedimiento ..…………………….2 ..…………………….2 2. Reu Reulta ltado do ! Dicu Dicuión ión " 2.1 Conclusiones ...………....………….5 ...………....………….5 2.2 Pregunta de rele!i"n …….……….5 …….……….5 Re#erencia Bi$liogr%#ica Bi$liogr%#i ca &
Introducción #odas las ciencias tienen su desarro desarrollo llo median mediante te un m$todo m$todo %ue nos &ermite identiicar una &ro'lem &ro'lem(ti (tica ca &roduct &roducto o de cual%u cual%uier ier o'ser o'serva vaci ci"n "n %ue %ue se haga haga de alg)n alg)n en"meno e intentar re&roducir dicho en"meno a trav$s de e!&erimentos %ue nos &ermitan descri'ir el &or %u$ de los los com&or com&orta tami mien ento tos s dados dados en $ste. Para Para %ue %ue est estos e!&e e!&eri rime ment ntos os cum&lan con los o'*etivos &lanteados es necesaria la reali+aci"n de di dieren erente tes s medic edicio ione nes. s. Medir edir es com& com&a arar rar una magn agnitud con un &atr"n o re&re &resen sentaci"n sica &reesta'lecida. Los Los %u %umico micos, s, - cien cienttic icos os de cual cual%u %uie ierr (rea (rea,, recu recuen ente teme ment nte e reali+an mediciones %ue usan c(lculos &ara o'tener otras
cantida cantidades des relaci relaciona onadas. das. l reali+ reali+ar ar dichas mediciones se de'e considerar %ue ser( im&osi'le tener una una e!ac e!acti titu tud d a'so a'solu luta ta res&e res&ect cto o al valor real, lo %ue se cua cuanti ntiica considerando un valor de incert incertidu idum're m're de las medidas medidas.. /ste /ste valor &uede ser ma-o a-or o menor de&e de&end ndie iend ndo o de dive diverso rsos s act actore ores0 s0 entr entre e ello ellos s la mane manera ra de e*ec e*ecuc uci" i"n n &or &arte de %uien e*ecuta la e!&erie e!&erienci ncia. a. Por eso, eso, es necesar necesario io a&render la manera como se de'en reali reali+a +arr dive diversa rsas s medi medici cione ones s en el la'or la'orat atori orio, o, &ues &ues a trav$ trav$s s de ella ellas s &odr &odrem emos os dete determ rmin inar ar die diere rent ntes es &ro&iedades de la materia. /!isten dos ti&os de &ro&iedades de la materia Pro&iedades sicas &ro& ro&ieda edades des %umicas. as. /n este tra'a ra'a*o *o s"lo s"lo hare haremo mos s $nas nasiis en algun algunas as &ro&i &ro&ied edad ades es si sica cas. s. na na &ro&i &ro&ied edad ad si sica ca es a%ue a%uelllla a %ue %ue se &uede medir - o'servar sin %ue se modi modii i%u %ue e la com& com&os osic ici" i"n n de una una sust sustan anci cia. a. /n esta esta e!&e e!&erie rienc ncia ia,, se 'usca'a 'usca'a determi determinar nar la magnit magnitud ud de algun algunas as &ro&i &ro&ied edad ades es senci sencillllas as de medir como la masa - el volumen de una sustancia &ara o'tener inalmente su densidad.
1. Metodología /n esta &r(ctica, se reali+aron medidas de algunas &ro&iedades sicas de dierentes o'*etos o sustancias con el in de o'tener las masas - densidades de cada uno de ellos. Para ello, es necesario conocer %ue la densidad es una &ro&iedad intensiva de la materia %ue se &uede o'tener de la relaci"n masa 3m4 so're volumen 34 de la muestra a anali+ar.
mecanismos dierentes. 2. na disoluci"n salina, mediante tres maneras dierentes de determinaci"n de volumen. 1.1 Intru'ento • • • • • • •
ρ
=
m V
314
dem(s, si conocemos la densidad de una sustancia %ue sirve de reerencia, se &uede determinar la densidad relativa de una muestra. /n esta e!&eriencia se utili+" agua destilada como sustancia de reerencia, a la %ue se le midi" la tem&eratura &ara o'tener as el dato de densidad de la misma 3 ρ H 2 O ¿ , %ue se encuentra ta'ulada. 6inalmente, &ara determinar la densidad relativa 37r 4 se utili+" un volumen constante 3a trav$s de un &icn"metro4, lo %ue nos &ermite hacer uso de la siguiente ecuaci"n, derivada de la ecuaci"n 1 ρr
=
ρ
ρ H 2 O
=
m m H 2O
324
La &rimera de las e!&eriencias reali+adas consisti" en determinar la masa de algunas monedas a trav$s de dos m$todos dierentes con el in de com&arar am'os resultados. La segunda e!&eriencia tena &or o'*eto determinar la densidad de 1. n s"lido, a trav$s de dos
• •
Pro'eta de &l(stico de 18mL aso de &reci&itado de 158mL aso de &reci&itado de 258mL Pi&eta aorada de 18.8mL Pi&eta graduada de 18.8mL Picn"metro #erm"metro 9alan+a naltica :isoluci"n ;alina
1.2 (rocedi'iento
/n la &rimera e!&eriencia, se midi" la masa de cinco monedas de <288 &or se&arado, &ara as determinar su valor &romedio - su desviaci"n est(ndar0 - &osteriormente0 se determin" la masa de las cinco monedas simult(neamente, &ara reali+ar las com&araciones res&ectivas. /n la segunda e!&eriencia, medimos las dimensiones de un s"lido met(lico con una regla - su masa &ara determinar su densidad. Luego, o'tuvimos su densidad mediante el uso de una &ro'eta hallando la dierencia del volumen de agua dentro de ella antes de sumergir el s"lido - des&u$s de esto. Posteriormente, se determin" la densidad de una disoluci"n salina haciendo uso de cuatro instrumentos distintos. /n &rimer lugar, se midi" la masa de una &ro'eta vaca, se a=adi" en ella la disoluci"n salina a un volumen es&ecico - se re&iti" la medici"n de la masa en esta condici"n, hallando con esta la masa de la disoluci"n. /n segundo lugar, se
re&iti" el &rocedimiento anterior &ero el volumen de soluci"n a=adido en la &ro'eta ue medido con una &i&eta aorada - luego con una &i&eta graduada. Por )ltimo, se verti" la disoluci"n salina en un &icn"metro, &esado &reviamente en la 'alan+a analtica. Con el dato de la masa del &icn"metro lleno se &udo determinar la masa de la soluci"n. /l mismo &rocedimiento se llev" a ca'o con agua destilada, a la %ue luego se le midi" la tem&eratura. ;e tom" en cuenta %ue el volumen del &icn"metro es el mismo, lo %ue nos &ermiti" hacer la determinaci"n de la densidad de la soluci"n.
2. Reultado ! Dicuión Para la &rimera e!&eriencia, se o'tuvieron los siguientes resultados
medirlas todas simult(neamente es mu- &e%ue=a &uesto %ue s"lo vara en una mil$sima de gramo %ue corres&onde al dgito de estimaci"n de la 'alan+a. dem(s, se &uede o'servar %ue la incertidum're aumenta en la medida de %ue se reali+an m(s mediciones de'ido a %ue se de'e tener en cuenta el eecto Pro&iedad
Magnitud
ltura del 'lo%ue 3cm4
2.>A ? 8.85
:i(metro del 'lo%ue 3cm4
1.25 ? 8.85
Volu'en -c'"/
A.A5 ? 8.2>
Masa 3g4
D. ? 8.2
Denidad -gc'"/
2.D ? 8.2
del error de cada una de ellas.
Moneda
Masa 3g4
Para la determinaci"n de la densidad del 'lo%ue s"lido cilndrico se o'tuvieron los siguientes resultados e!&erimentales
1
>.821 ? 8.882
)a$la ". :ensidad del s"lido. M$todo 1.
2
>.8@A ? 8.882
A
>.1B5 ? 8.882
B
.D@ ? 8.882
Pro&iedad
Magnitud
5
>.115 ? 8.882
olumen inicial 3mL4
AA.5 ? 8.5
(ro'edio * De+. Etandar
>.8>8 ? 8.8D
olumen inal 3mL4
A.@ ? 8.5
olumen del 'lo%ue 3mL4
A.A ? 8.>
Masa 3g4
D. ? 8.2
Denidad -gc'"/
2.D ? 8.
)a$la 1. Masa de Monedas de <288
)a$la 2. Com&araci"n de la masa total
;umatoria Masas &or se&arado 3g4
Masa total medida simult(neamente 3g4
A5.A58 ? 8.88B
A5.ABD ? 8.882
&artir de los datos o'tenidos, &odemos decir %ue la dierencia de medir las monedas una &or una a
)a$la ,. :ensidad del s"lido. M$todo 2.
:e las dos ta'las anteriores, se &uede o'servar %ue la )nica dierencia o'tenida en el resultado inal est( en la incertidum're, &uesto %ue al medir con la &ro'eta nos
genero un error ma-or %ue midiendo el volumen &or medio de la regla. /n la tercera e!&eriencia se utili+" una disoluci"n salina 3BE4 cu-a densidad es&erada era de 1.825A8 gFmL, de la %ue se o'tuvieron los siguientes resultados e!&erimentales con su res&ectivo instrumento de medici"n - errores a'solutos relativos res&ecto del valor real )a$la &. :ensidad del l%uido. Pro'eta.
Pro&iedad
Magnitud
olumen del l%uido 3mL4
. ? 8.1
Masa 3g4 :ensidad 3gFmL4
18.88 ? 8.82
Masa 3g4
18.22> ? 8.88A
:ensidad 3gFmL4
1.82A ? 8.882
/rror 'soluto 3gFmL4
8.882
/rror elativo
8.882
Porcenta*e de error
8.2 E
)a$la . :ensidad l%uido. Picn"metro.
Pro&iedad
Magnitud
Masa del gua :estilada 3g4
18.5>1 ? 8.88A
#em&. gua :est. 3HC4
1 ? 1
:ensidad gua :est. 3gFmL4
8.DDD81A
Masa :isoluci"n 3g4
18.@5 ? 8.88A
:ensidad elativa
1.82>@ ? 8.888B
:ensidad :isoluci"n 3gFmL4
1.82@ ? 8.888B
/rror 'soluto 3gFmL4
8.8815
/rror elativo
8.8815
Porcenta*e de error
8.15 E
.BD ? 8.88A 1.8 ? 8.1
/rror 'soluto 3gFmL4
8.82
/rror elativo
8.82
Porcenta*e de error
2E
)a$la 0. :ensidad l%uido. Pi&eta graduada.
Pro&iedad
Magnitud
olumen del l%uido 3mL4
18.88 ? 8.85
Masa 3g4
18.1@2 ? 8.88A
:ensidad 3gFmL4
1.81@ ? 8.885
/rror 'soluto 3gFmL4
8.88>
/rror elativo
8.88>
Porcenta*e de error
8.> E
)a$la . :ensidad l%uido. Pi&eta aorada.
Pro&iedad
olumen del l%uido 3mL4
Magnitud
:e las cuatro ta'las anteriores, &odemos decir %ue ha- una dierencia notoria en los valores de densidad o'tenidos siendo el %ue m(s se a&ro!ima al valor real a%uel cu-as mediciones se reali+aron haciendo uso del &icn"metro, seguido de la &i&eta aorada, la &i&eta graduada la &ro'eta, res&ectivamente. /sto se de'e a la incertidum're del volumen %ue se o'tiene de cada instrumento de medici"n. Puesto %ue &ara la &ro'eta esa incertidum're es ma-or, mientras %ue &ara el &icn"metro no ha- valor
de incertidum're de volumen considerada, &uesto %ue este se asume constante - s"lo se hace la com&araci"n con la densidad del agua destilada. 2.1 Concluione
Para medir la densidad de un s"lido regular 3como el de la e!&eriencia4 am'os m$todos &ueden tener un valor ace&ta'le entre s. Pero si dese(ramos calcular la densidad de un s"lido irregular, necesariamente de'emos o&tar &or el segundo m$todo, %ue re&resenta un valor m(s ace&ta'le. Para determinar la densidad de un l%uido, el instrumento a utili+ar %ue me*or corres&onde es el &icn"metro, de'ido a %ue los errores, tanto a'solutos como relativos, son valores m(s &e%ue=os, lo %ue se conoce como una ma-or e!actitud. La &i&eta aorada resulta tener la segunda me*or e!actitud, seguida de la &i&eta graduada -, inalmente, la &ro'eta, %ue ue la de menor e!actitud. /ste instrumento de'e usarse &ara e!&eriencias donde no sea necesaria tanta e!actitud, dado %ue su mani&ulaci"n es m(s sencilla %ue la de los otros tres instrumentos. 2.2 (regunta de re#le3ión4 5(or 6u7 la denidad de lo lí6uido +aría con la te'8eratura9
La tem&eratura es una medida del movimiento de las mol$culas en
una sustancia, &or lo tanto, un cam'io de tem&eratura se traduce en ma-or o menor movimiento intermolecular lo %ue genera un aumento o disminuci"n del volumen del l%uido. La densidad es el resultado de una relaci"n masa so're volumen. Para una misma muestra de l%uido la masa &ermanecer( siem&re constante, mientras %ue esta variaci"n del volumen &roduce una variaci"n inversamente &ro&orcional de la densidad. ;i la tem&eratura aumenta, signiica %ue ha- un suministro de energa hacia el l%uido, generalmente calor, %ue luego se transorma dentro de el mismo en energa cin$tica, aumentando el movimiento de las &artculas -, a su ve+, el volumen de la sustancia. /sto &roducir( una disminuci"n de la densidad. ;i la tem&eratura disminu-e, signiica %ue ha- una &$rdida de calor del l%uido hacia el am'iente, disminu-endo el movimiento de las &artculas -, a su ve+, el volumen de la sustancia. /sto &roducir( el aumento de la densidad.
Re#erencia Bi$liogr%#ica 1J
. Chang. Kumica. 18 /dici"n. McGra ill, 1B1, 2818. 2J
;$amus P. . igson. Kumica naltica. 1 /dici"n. McGra ill, , 288>.
