Elasticidad
1
Amalia
Rebeca
Guillén
Pacheco
José Ortega Medina Medina
Lunes, 24 de octubre de 2011
: 11
II 2011-2012
En esta práctica se calculó experimentalmente la densidad relativa de dos muestras de sólidos y una muestra de líquido, aplicando el principio de Arquímedes. Para este experimento utilizamos una balanza de Jolly, en la cual habían dos platillos superior e inferior, como después se verá con mas detalle en el procedimiento, las muestras de sólidos se colocaron en estos platillos, para obtener y y , que fueron datos indispensables para el cálculo de las densidades de las sustancias usadas en esta practica. Luego se procedió a hacer las comparaciones de las densidades obtenidas con los valores teóricos de estas.
El principio de Arquímedes establece que si un cuerpo esta parcial o totalmente sumergido en un fluido, este ejerce una fuerza hacia arriba (Empuje) sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo. La densidad relativa de una sustancia es la densidad de la sustancia a la densidad del agua:
El resultado es una cantidad adimensional (sin unidades), que nos indica que tan grande es la densidad de una sustancia con relación a la del agua. La Balanza de Jolly (Fig. 2.1) es un dispositivo tubular que puede ser usado para medir la densidad relativa usando para esto el principio de Arquímedes. Consiste en un pedestal tubular cuya altura puede ser ajustada mediante la perilla; una escala Vernier permite tomar lecturas de los cambios en la altura del pedestal, un indicador situado en un tubo transparente: Del extremo del pedestal se suspenden dos platillos: superior e inferior mediante un resorte. El platillo inferior se sumerge en el recipiente con fluido, mientras el superior se sostiene en el aire. Cuando la muestra de estudio se deposita en el platillo superior sobre el resorte se ejerce una fuerza igual al peso de la sustancia.
Si la muestra se coloca en el platillo inferior que está sumergido en un fluido será:
Donde E es el empuje del liquido sobre la muestra. Si se escoge un volumen V de forma que corresponde a la muestra, la densidad relativa, de acuerdo a la ecuación 2.1 será:
⁄⁄ Que al multiplica el numerador y denominador por la magnitud de la aceleración de la gravedad g se tiene:
Donde y E es el empuje puesto que, es el peso de una cantidad de fluido que ocupa un volumen igual al de la muestra. Reemplazando 2.2 y 2.3 en 2.4:
Finalmente si se considera la ley de Hooke; las fuerzas sobre el resorte son proporcionales a las elongaciones respectivas la forma:
Los valores
y
y
; la ecuación 2.5 tomará
, corresponde a las elongaciones del resorte.
Usando un razonamiento similar es posible demostrar que la densidad relativa del líquido este dada por la siguiente expresión:
Primero se estableció el nivel de referencia, de manera que el indicador que esta en el tubo transparente quedó al nivel de donde termina el resorte en una parte de metal, esto se realizó manejando la perilla ubicada en la parte de abajo del tubo del pedestal. Además se colocó agua en un vaso de precipitación y se lo ubicó más abajo del platillo inferior encima de un soporte sujeto al tubo del pedestal. Se empezó estableciendo la densidad relativa de las muestras solidas, que fueron hierro y cobre. Se colocó la primera en el platillo superior, en donde el peso de esta muestra estiró el resorte hacia abajo a una distancia que se la llamó , la cual se midió retornado a la posición inicial que tenían los platillos antes de colocar la sustancia, con la perilla antes mencionada, cuya lectura se tomó con la escala de Vernier; luego se colocó la misma
muestra esta vez en el platillo inferior, que se sumergió en el agua, y se realiza el mismo proceso anterior para medir en esta ocasión . Posterior a esto realiza los pasos anteriores para obtener los valores de y para el cobre.
Después para establecer la densidad relativa de la muestra liquida, se colocó diesel en el vaso de precipitación, en lugar de agua. Luego se colocó una muestra de solido en el platillo inferior y se realizó el mismo proceso de medición que el anterior, solo que esta vez al valor obtenido se lo llamó .
Finalmente, se procedió a llenar las tablas de datos correspondientes, se calculó las densidades relativas de las sustancias utilizadas en este experimento y se contestaron las preguntas de la guía de laboratorio.
1. Hierro 2. Cobre
1. Hierro 2. Cobre
( )
Diesel
Diesel
1. Hierro 2. Cobre
4
2.9
0.45
| | | | Diesel
2.4
| |
La razón por la que los barcos de acero flotan es porque aunque sea de acero, la mayor parte de este barco tiene espacios vacíos, donde hay aire y este es menos denso que el agua, de manera que en si la construcción del barco es menos densa que el agua y por
esto flota; esto es lo mismo que decir, que la masa del agua desplazada es mayor que la masa del barco, lo cual está dado por el principio de Arquímedes.
Respecto de esta practica lo que se puede decir es que los valores de las densidades relativas hallamos que se acercan mucho a los valores teóricos de estas y esto lo comprobamos porque para el hierro hubo un porcentaje de error del 2.9%, para el cobre un 0.45% y para el diesel un 2.4%. Por supuesto que los valores experimentales no son iguales a los teóricos puesto aun los mismos instrumentos de medición tienen un margen de error, además de que nuestra vista al observar mediciones de perfecta.
,
y
no es
Se concluye que se ha realizado la practica lo mejor posible puesto que fueron hallados los valores experimentales de las densidades relativas de de las sustancias utilizando el principio de Arquímedes.
Espol. Guía de Laboratorio de Física B Sears, Zemansky. Física Universitaria
