Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ciencias.
Fenómenos colectivos. (Laboratorio)
Tensión superficial
Profesor: Luis Quintanar Robles Alumnos: Gerardo Urrutia Sánchez Josué Cantera Fernández Thalía Gallegos Medina (Experimento 11)
Semestre: 2010-1
Contents 1 2
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Resumen
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Introd Introducc ucci´ i´ on on
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2.1 Ob jetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Ma Marc rcoo Te´ orico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Pro cedimiento
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3.1 Dispositivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Puntos Puntos de cuid cuidado ado en el el montaje montaje del dispos dispositi itivo vo y en las las medimediciones efectuadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 3.3 Como Como se prod produj ujoo y cont ontrolo rolo el exper xperim imen ento to . . . . . . . . . . . . 3.4 La forma forma en en que se se tomaro tomaron n y analiza analizaron ron los los datos datos exper experime iment ntale ales. s. 3.5 Ana´lisis y resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Concl Conclusi usi´ on o ´n
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4.1 Bibliograf´ıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Resumen
En esta pr´actica actica se tratara de hallar la tensi´on superficial de tres distintos fluidos (shampoo, aceite de olivo, glicerina) mediante el rompimiento de una pel´ pel´ıcula generada con aros de distintas ´areas, con movimiento tangencial a la fuerza de cohesi´ on on de las mol´eculas. eculas. Este aro estar´a conectado a un dinam´ometro ometro el cual medir´a la fuerza ejercida al momento de romperse romp erse la pel´ pel´ıcula y calculando el ´area area del aro y dividir estos resultados se podr´a obtener la tensi´on on superficial del fluido.
2 2.1 2.1
Intr Introd oduc ucci ci´ on o ´n Objet Objetiv ivo o
En esta pr´actica actica se tratara de encontrar la tensi´on superficial mediante una fuerza aplicada para el rompimien rompimiento to de una pel´ pel´ıcula a cierta cierta distancia, distancia, con la ayuda de aros con distintas ´areas. areas.
2.2 2.2
Marc Marco o Te´ orico orico
Tensi´ on on superficial
Las fuerzas de atracci´on on y de repulsi´on on intermolecular afectan a propiedades de la materia como el punto de ebullici´on, de fusi´on, on, el calor de vaporizaci´on o n y la tensi´on on superficial. Dentro de un l´ıquido, ıquido , alrededor alrededo r de d e una u na mol´ecula ecula act´uan uan atracciones atraccio nes sim´etricas etricas pero en la superficie, superficie, una mol mol´´ecula ecula se encuentr encuentraa s´olo olo parcialmen parcialmente te rodeada rodeada por mol´ eculas eculas y en consecuencia es atra´ atra´ıda hacia adentro del l´ıquido por las mol´ eculas eculas que la rodean. rodean. Esta fuerza de atracci´ atracci´on on tiende a arrastrar a las mol´eculas eculas de la l a superficie sup erficie hacia el interior i nterior del l´ıquido (tensi´on on superficial), y al hacerlo hacerlo el l´ıquido se comporta comporta como si estuviera estuviera rodeado rodeado por una mem membrana brana invisible. La tensi´on on superficial sup erficial es responsable de la resistencia que un l´ıquido presenta a la penetraci´ penetraci´ on on de su superficie, de la tendencia a la forma esf´erica erica de las gotas de un l´ıquido, ıquido, del ascenso de los l´ıquidos en los l os tubos tub os capilares y de la flotaci´on on de ob jetos u organismos en la superficie sup erficie de los l´ıquidos. ıquidos. Termodin´amicamente amicamente la tensi´on on superficial es un fen´omeno omeno de superficie y es la tendencia tendenci a de un l´ıquido ıquido a disminuir dis minuir su superficie super ficie hasta ha sta que su energ ener g´ıa de supersuper ficie potencial potenc ial es m´ınima, ınima, condici´ condici ´on on necesaria para que el equilibrio sea estable. Como la esfera presenta un ´area area m´ınima ınima para un volumen dado, d ado, entonces e ntonces por p or la acci´ on on de la tensi´on on superficial, la tendencia de una porci´on on de un l´ıquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o menisco cuando est´ a en contacto un l´ıquido con un recipiente. A la fuerza que act´ ua ua por p or cent c ent´´ımetro de longitud l ongitud de una un a pel p el´´ıcula que se extiende e xtiende se le llama tensi´on on superficial sup erficial del l´ıquido, la cual act´ ua como una fuerza que se ua opone al aumento de ´area area del l´ıquido. La tensi´ on superficial se mide en N/m. on N/m. La energ en erg´´ıa superfic su perficial ial por cent´ cent´ımetro cuadrado se representa re presenta con la l a letra let ra ( τ ). 2
Γ=
k∆x 2π (r1 + r2 )
(1)
Donde τ es Tensi´ on on superficial del fluido k fuerza del resorte ejercido para romper romp er la pel´ pel´ıcula x distancia en la que la l a pel´ pel´ıcula se rompi´o (Estas dos variables ser´ an medidas con el dinam´ ometro y ser´ an igual a la fuerza ejercida ejerci da para romper la pel´ pel´ıcula) ıcul a) r1 radio exterior del aro r2 radio interno del aro
3 3.1 3.1
Proce Procedi dimi mien ento to Disp Dispos osit itiv ivo o calor y fluidos/12/tension.jpg
Figure 1: Aqui se muestran las fuerzas del sistema
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calor y fluidos/12/tension2.jpg
Figure 2: Aqui se muestra el dispositivo utilizado
3.2
Pun Puntos de de cuid cuidado ado en en el mon montaje taje del del dispo disposit sitiv ivo o y en las mediciones efectuadas.
En el armado armado del disposi dispositiv tivoo se debe tomar en cuent cuentaa la precis precisi´ i´on o n del dinam´ ometro ometro al mome momento nto en el que la pel´ pel´ıcula se rompa rompa para esto se repitiera repitiera el procedimiento unas cinco veces y se obtendr´a un promedio el cual consideraremos nuestro resultado.
3.3
Como Como se produ produjo jo y contro controlo lo el el exper experime imen nto
El experiment experimentoo se produjo con tres distintos fluidos (shampoo, aceite de oliva oliva y glicerina) los cuales se encontraban en un recipiente el cual estaba ubicado en una plataforma con movimiento descendente. En el recipiente con el fluido se colocaba un aro, el cual estaba suspendido a un dinam´ometro ometro y al momento de bajar la plataforma a u cierta distancia para romper la pel´ pel´ıcula se tomaba la fuerza aplicada con la ayuda del dinam´ di nam´ometro. ometro.
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3.4 3.4
La forma forma en que que se tomar tomaron on y anal analiz izar aron on los datos datos experimentales.
Principalmente se tomaron en cuenta los datos arrojados por el dinam´ometro los cuales representaban a la fuerza ejercida y el radio de los aros para as´ as´ı obtener su ´area, area, y con estos datos encontrar la tensi´on on superficial del fluido.
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An´ alisis alisis y resultados. resultados.
Obteniendo los datos de la fuerza ejercida y el ´area del aro se empleara la ecuaci´ on on (1). Al sustituir los resultados en la ecuaci´on on podremos hacer un comparativo con las tensiones superficiales te´oricas oricas de dichos fluidos las cuales son: Aceite de oliva 33.06 x10-3N/m Glicerina 59.4 x10-3N/m
(la fuente se encuentra en la bibliograf´ bibliograf´ıa) La tensi´on on superficial te´orica orica del shampoo puede variar dependiendo el shampoo que se maneje, en este caso no se anotara el resultado te´orico de la tensi´on on superficial superficial del shampoo. Las siguientes tablas muestran los resultados obtenidos como son la fuerza ejercida el radio interior interior y exterior exterior de los aros as´ as´ı como la tensi´ tensi´on on superficial al emplear la formula ya mencionada anteriormente
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Glicerina.
Aro1 Aro 2 Aro3
Fuerza Radio Radio Tensión Superficial Ejercida(N) Exterior (m) Interior (m) (N/m) 0.01 0.019 0.018 0.043 0.015 0.021 0.019 0.059 0.02 0.028 0.026 0.058
Shampoo.
Aro1 Aro 2 Aro3
Fuerza Radio Radio Tensión Superficial Ejercida (N) Exterior (m) Interior (m) (N/m) 0.015 0.019 0.018 0.064 0.017 0.021 0.019 0.067 0.022 0.028 0.026 0.064
Aceite de oliva.
Aro1 Aro 2 Aro3
Fuerza Radio Radio Tensión Superficial Ejercida (N) Exterior (m) Interior (m) (N/m) 0.0085 0.019 0.018 0.036 0.007 0.021 0.019 0.027 0.011 0.028 0.026 0.032
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Conclusion o ´n
Se puede percibir que entre mayor sea el ´area de nuestra nues tra figura geom´etrica etrica (aro) mayor ser´a la l a fuerza fu erza ejercida ejerci da para pa ra romper r omper la pel´ıcula, ıcula, tambi´en en que q ue entre mayor se a la fuerza de cohesi´on on del fluido mas distancia distancia y fuerza fuerza ser´an an necesarias para romperl romp erlaa pel´ p el´ıcula. ıcul a. En seguida se muestra una tabla con los resultados obtenidos y los te´oricos donde el margen de error es casi despreciable y esto se debe al momento en que se observa la medida del dinam´ometro ometro y el rompimiento de la pel´ pel´ıcula el resultado te´orico orico del shampoo no se anota por lo mencionado anteriormente.
5.1
Bibliograf´ Bibliograf´ıa
Robert Resnick F´ısica ısica parte 1 , compa˜n´ıa editorial continental continental S.A DE CV , M´exico exico 1991, segunda edici´on on , capitulo 21 la ondas sonoras pp. (473-478) Serway , Raymond A. y Jewett, Jhon W , MCGRAW-HILL / INTERAMERICANA DE MEXICO tercera edicion capiyulo 19 ondas pp (583-585) Paul G.Hewitt , F`ısica Conceptual, Conceptual, 1996e 1996editor ditorial ial TRILLAS, TRILLAS, S.A de C.V . Mexico DF, tercera edicion parte 3 ondas estacionarias, capitulo 15 pp (319-320) Tensiones te´oricas oricas http://www.sc.ehu.es/sbweb/fi http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/introduccion/in sica/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm troduccion.htm
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