Informe de laboratorio de Física 2 ( fuerza de empuje)

[Densidad y Tensión Superficial]

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FUNDAMENTO TEORICO

DENSIDAD En física la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega y denominada en ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. En términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de espuma.

Densidad absoluta La densidad es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuente y coloquialmente se expresa en g/cm 3. La densidad es una magnitud intensiva.

Usos Densidad absoluta La densidad o o densidad absoluta expresa absoluta expresa la masa por unidad de volumen.

Donde ρ es la densidad, m es la masa y V es es el volumen del cuerpo.

Densidad relativa La densidad relativa es también llamada gravedad específica o específica o peso peso específico específico,, y es la relación entre la densidad de una sustancia y la de otra, tomada como patrón. Generalmente para sólidos y líquidos se emplea el agua destilada, y para gases, el aire o el hidrógeno.

Donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad absoluta, y ρ0 es la densidad de la sustancia. Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m 3, es decir, 1 kg/L. Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

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LA TENSIÓN SUPERFICIAL Una molécula en el interior de un líquido está sometida a la acción de fuerzas atractivas (lo que hemos denominado como cohesión) en todas las direcciones, direcciones, siendo la resultante de todas ellas nula. Pero si la molécula está situada en la superficie del líquido, sufre un conjunto de fuerzas de cohesión, cuya resultante es perpendicular a la superficie, experimentando pues una fuerza dirigida hacia el líquido. De aquí que sea necesario consumir cierto trabajo para mover las moléculas hacia la superficie venciendo la resistencia de estas fuerzas, por lo que las moléculas de la superficie tienen más energía que las interiores.

Se define cuantitativamente la tensión superficial como el trabajo que debe realizarse para llevar moléculas en número suficiente desde el interior del líquido hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie. Debido a estas fuerzas, la superficie tiende a contraerse y ocupar el área más pequeña posible. Si se trata de una gota libre, tiende a tomar la forma esférica como veremos a continuación. Un alfiler puede por la tensión superficial líquida, flotar sobre la superficie del agua, a pesar de ser la densidad del acero mucho mayor que la del agua, y cuando el alfiler cae al fondo se observa que lo hace con la punta hacia abajo porque perfora esta especia de película donde se ejerce la tensión superficial. Si lanzamos un trazo de papel al agua este no caerá al fondo sino que al ser su peso muy escaso, respecto a la tensión superficial flotará. Otro caso muy peculiar donde se comprueba la aplicación de la tensión superficial es en las arañas de agua que circulan por gran parte de los ríos (yo lo he podido comprobar concretamente en el río Tormes a su paso por Hoyos del Espino). Estas criaturas se pasean por la superficie del agua como si estuvieran caminando por ella. Por alguna razón sus pies no son mojados por el agua, formando ondas esféricas al andar que mantienen a flote a cada uno de ellos. Se puede comprobar que el peso de la araña es el mismo que el peso de la superficie de agua de estas ondas. Por tanto la tensión superficial generada con la creación de estas ondas es la que soporta el peso y mantiene a flote a dichos animales.

PRINCIPIO DE ARQUIMIDES






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arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja ”. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes de Arquímedes,, y se mide en newtons (en el SI SI))

Ejemplo del Principio de Arquímedes: El volumen adicional en la segunda probeta corresponde al alvolumen desplazado por el sólido sumergido (que naturalmente coincide con el volumen del sólido).





[Densidad y Tensión Superficial] 

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Equipo 

Tres objetos para hallar su densidad

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Un vaso grande

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Un recipiente

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Una pipeta sin graduar

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Una balanza con ginetillos

Esquema Cuando el objetivo de densidad desconocido esta colgado en el aire, sub peso queda equilibrado por el contrapeso. Cuando este objeto se sumerge en el agua , el empuje desquilibrara la balanza , por ello colocamos los jinetillos hasta llegar de nuevo el quilibrio.



Cálculos resultados Con las masas halladas al aplicar momentos, tenemos: Masa del bronce: 20.61g Masa del plomo: 38.37g Masa del tecnhopor: 2.56 También necesitamos el empuje para relacionar con el peso y así hallar lo que nos piden. Calculo del empuje: PLOMO -3

10 [ Ma(x) + Mb(2x) + Mc(4x) + Md(9x) + Me(10x) ].g = ( mg-E).10x -3

-3

10 [10x + 10,2(2x) + 20.5(4x) + 10.6(9x)+20(10x)].9.81 =(38,37.10 .9,81- EPb).10x Entonces el empuje del Plomo:

EPb = 0.0236 BRONCE Procedemos hallar el empuje análogamente como para el Plomo.Entonces reemplazando los valores de masa y di stancias tenemos: -3

-3

9,81.10 [10.2(3x) + 0.6(6x) + 20.5(7x)] = (20,61.9,81.10 - Eb).10x Entonces el empuje para el Bronce:

Eb = 0.02786

TECNHOPOR






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Donde: E1 = empuje del bronce

E2: empuje del tecnhopor

m1: masa del bronce

m2: masa del tecnhopor

g: gravedad Entonces reemplazando los datos. El empuje para el tecnhopor :

Et = 0.273603 a) Densidad del Plomo: Tenemos que: EPb = 0.0236 = DH2O.g.Vs…………(I) WPb =0.2022 = DPb.V.g …………...(II) (II) /I 0.2022/0.0236 = DPb/DH2O ya que

Dpb = 8,57g/cm 3 EPb: empuje del plomo DPb: Densidad del plomo Densidad del Bronce: Eb = 0.0279 = DH2O.g.Vs…………...(III) Wb = 0.2022 = D b.V.g………………..(IV) (IV)/(III) 0.2022/0.0279 = Db/ DH2O

Db = 7,25g/cm 3 Eb: empuje del bronce Db: densidad del bronce

Vs = V






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Et = 0.273603 = DH2O.g.Vs………….(V) Wt = 0,0251 = D t.V.g…………………(VI) (VI)/ (V) 0.0251/0.2736 = Dt/DH2O

Dt = 0.09g/cm

3

Et: empuje del tecnhopor Dt: Densidad del tecnhopor

%ERROR Datos teóricos: 

P plomo= 11.4 g/cm3



P bronce=8.9 g/cm3

%error plomo= 8.3% %error bronce= 14.3%



Conclusiones y observaciones 

El cobre y el plomo se hunden debido a su mayor densidad mientras que el tecnopor tiene su densidad menor que del agua



La atracción del objeto se debe a la fuerza de la tensión superficial.



Conocemos la densidad de la ecuación del empuje, que a su vez esta se determina de la igualdad de fuerzas en el equilibrio.

Experimento Nº 2: Tensión superficial 

Objetivo:

Determinar la tensión superficial del agua con detergente 



Equipo: 

Un recipiente con agua y un poco de detergente.

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Un dispositivo formado os 2 tubitos con hilo y un soporte.



Regla milimetrada.

Esquema: La cuerda se contrae debido a la tensión superficial, el objetivo será hallar su longitud a partir del gráfico.








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∑  …..2     )      ( 4htg  +4a=W 4(htgθ+a)=mg….3 4 y 5 en 3 22h(R-(a-b))+2a)=mg 22R-2a+2b+2a)=mg   2    =mg 2   =(  ) 

     ……..1 

T=

Del triángulo: 2

  ……….4

2

2

Tgθ=

2

2

h +(R-(a-b)) =R

2

2

h +R -2R(a-b)+(a-b) =R 2

2

h +(a-b) =2R(a-b)

 +a-b=2R………5 

  =

  ( ))  

N/m

= 17,59 x






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Experimento 3: 

Objetivo específico: Hallar la tensión superficial del agua usando la balanza de tipo Mohr Westphal.





Equipo: 

Vaso o recipiente de agua

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Pipeta

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Balde pequeño

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Arena



Jinetillos



Anillo



Balanza de tipo Mohr Whestphal

Procedimiento 1. Graduar la balanza hasta que se equilibre con la masa del anillo. 2. Extraer el agua con la pipeta hasta que el annillo este sobre la superficie del agua. 3. Echar arena al balde hasta que súbitamente salga expulsado hacia arriba, esto indicara que se ha vencido la tensión superficial.





Observaciones: 

El anillo salio bruscamente de la superficie del agua.



Para equilibrar la balanza al final se necesito el jinetillo de menor masa.

Calculos y resultados Para vencer la tensión superficial del H2O se uso una pesa de 10.1 g auna distancia de 0.3 .

 )= 0.0318 N

F= (0.3)(10.8)gf(9.81N)(

Sabemos que : F = (L) Donde L es el el doble de la longitud del anillo , es decir L =

=

   

teorico = 0.074 N/m %error = 23.7% 

Conclusiones:







[Densidad y Tensión Superficial] http://es.wikipedia.org/wiki/Empuje http://es.slideshare.net/JessicaAna http://es.slidesha re.net/JessicaAnabelaAraya/fsic belaAraya/fsica-2-hugo-medina a-2-hugo-medina-guzmn -guzmn

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