Lab 1 octavo
- 1. GIMNASIO LOS CAOBOS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES FÍSICA – GRADO OCTAVO JUAN VÁSQUEZ Mediciones en el Laboratorio de física I. FINALIDAD: • Desarrollar experimentos conducentes; a las mediciones de: masas, pesos, volúmenes y densidad de sólidos y de líquidos. • Conocer el modo de operar balanzas; adquirir destreza en el manejo de la Probeta. II. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA: Para comprender la presente práctica, se debe tener en cuenta conceptos muy básicos y fundamentales como: MEDICIÓN: Es comparar una magnitud cualquiera con otra tomada como unidad, pero de la misma especie. Es desde este punto de vista simple que se realiza tanto en química y física y ciencias afines el Proceso de la Medición. PROCESO DE LA MEDICIÓN: Llamamos MAGNITUD a cualquier propiedad física susceptible de ser cuantificada objetivamente en el proceso de medición. El proceso de medición de cierta porción de dicha magnitud consistirá en compararla con una porción de la misma, que se adopta convencionalmente como referencia y que denominamos unidad, y expresar cuántas veces mayor que esta es la porción sometida a medición. Muchas magnitudes físicas son expresables como combinación de otras. Así por ejemplo, la magnitud velocidad se puede expresar como combinación de una longitud y un tiempo. Por ello, en la XIV CONFERENCIA GENERAL DE PESAS Y MEDIDAS (1971) se decidió adoptar un conjunto de magnitudes fundamentales de tal manera que todas las demás (magnitudes derivadas) pudieran expresarse en función de las primeras. Además se adoptaron también las unidades correspondientes a cada una de las magnitudes fundamentales. Estas y otras disposiciones de la misma Conferencia constituyen lo que se llama Sistema Internacional, abreviadamente S.I.: Magnitud Unidad Símbolo Símbolo x 109 giga G x 10-9 nano n unidad dimensión x 1012 tera T x 10-12 pico p Longitud metro m l x 1015 peta P x 10-15 femto f Masa kilogramo kg M x 1018 exa E x 10-18 atto a Tiempo segundo s T Intensidad amperio a A eléctrica Temperatura kelvin k K Cantidad de mol mol S sustancia Intensidad candela cd C luminosa PREFIJOS MODIFICATIVOS Aumentativos Diminutivos x 10 deca da x 10-1 deci D 2 -2 x 10 hecto h x 10 centi c x 103 kilo k x 10-3 mili m x 10 6 mega M x 10-6 micro µ 1
- 2. MASA Y PESO LA MASA de un cuerpo es una propiedad característica del mismo, que está relacionada con el número y clase de las partículas que lo forman. Se mide en kilogramos (kg) y también en gramos, toneladas, libras, onzas, etc. Es decir es la medida de la cantidad de la materia de un cuerpo, y su valor no varía de una posición a otra en el universo, o sea es constante aún cuando varía la aceleración de la gravedad., podemos decir entonces que la masa de un cuerpo viene a ser la medida de su inercia. EL PESO de un cuerpo es la fuerza con que lo atrae la Tierra y depende de la masa del mismo. Un cuerpo de masa el doble que otro, pesa también el doble. Se mide en Newtons (N) y también en kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etc. Es decir. Es la fuerza de la gravedad que actúa sobre la masa de un objeto, y su valor depende de la posición que ocupa el cuerpo con respecto al cuerpo que genera la fuerza de gravedad, que en nuestro caso es el planeta Tierra, que tiene una aceleración de la gravedad de 9,79 m/s2. El kg es por tanto una unidad de masa, no de peso. Sin embargo, muchos aparatos utilizados para medir pesos (básculas, por ejemplo), tienen sus escalas graduadas en kg en lugar de kg-fuerza. Esto no suele representar, normalmente, ningún problema ya que 1 kg-fuerza es el peso en la superficie de la Tierra de un objeto de 1 kg de masa. Por lo tanto, una persona de 60 kg de masa pesa en la superficie de la Tierra 60 kg- Fuerza. Sin embargo, la misma persona en la Luna pesaría solo 10 kg-fuerza, aunque su masa seguiría siendo de 60 kg. (El peso de un objeto en la Luna, representa la fuerza con que ésta lo atrae) VOLUMEN Además de masa, los cuerpos tienen una extensión en el espacio, ocupan un volumen. El volumen de un cuerpo representa la cantidad de espacio que ocupa su materia y que no puede ser ocupado por otro cuerpo, ya los cuerpos son impenetrables. El volumen también es una propiedad general de la materia y, por tanto, no permite distinguir un tipo de materia, una sustancia, de otra, ya que todas tienen un volumen. Cuando un cuerpo está hueco o posee una concavidad, ésta puede rellenarse con otra sustancia. Así una botella o un vaso se pueden llenar de un líquido o de aire. El volumen de líquido que puede contener se llama capacidad. El VOLUMEN, como la masa, puede medirse en muchas unidades, sobre todo dependiendo de la nación o la comarca en la que se vive. En el Sistema Internacional (SI), que es usado por los científicos y técnicos de todo el mundo y en la mayoría de los países, el volumen se mide en metros cúbicos (m3), aunque también es muy empleado el litro, sobre todo para medir capacidades DENSIDAD: Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá. La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m3, la densidad será de: La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr./c.c.), de esta forma la densidad del agua será: Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho más pequeñas y fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil. Tabla: Densidad de algunas sustancias Sustancia Densidad en kg/m3 Densidad en g/c.c. Agua 1000 1 Aceite 920 0,92 Gasolina 680 0,68 Plomo 11300 11,3 Acero 7800 7,8 Mercurio 13600 13,6 2
- 3. Madera 900 0,9 Aire 1,3 0,0013 Butano 2,6 0,026 Dióxido de carbono 1,8 0,018 La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja. III. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: ENSAYO N° 1: MEDICIONES DE PESOS DE SÓLIDOS Y LÍQUIDOS: USO DE LA BALANZA DE TRIPLE BARRA: Escalas: 0 10 g ⇒ Pr esicion : ±0,1g → 0 10, 20,100 g → 0,100, 200, 500 g Para pesar objetos materiales de Laboratorio, como: - Vasos precipitados - Probetas graduadas - Lunas de reloj, etc. ENSAYO N° 2: MEDICIONES DE VOLÚMENES: VOLÚMENES DE SÓLIDOS: El volumen de un sólido geométrico puede calcularse gracias a la geometría. Midiendo sus dimensiones y aplicando la correspondiente fórmula, podemos determinar el volumen. Así, el volumen de un objeto cúbico puede determinarse midiendo la longitud de su arista y elevándola al cubo, el volumen de una caja recta se determina midiendo las tres ar istas distintas que tiene y multiplicando las tres medidas, etc. Cuando un sólido no tiene una forma geométrica que permita determinar por cálculo su volumen, se mide directamente. El procedimiento lo descubrió Arquímedes, un sabio griego del siglo III antes de Cristo. En un recipiente graduado vertemos un líquido y, a continuación, introducimos en él el sólido cuyo volumen deseamos conocer. El aumento de nivel del líquido nos permitirá, por sustracción, determinar el volumen del sólido. Normalmente el líquido empleado será agua, pero si el sólido se disuelve en ella (por ejemplo la sal o el azúcar) usaremos otro líquido que no disuelva al sólido. ENSAYO N° 02: MEDICIÓN DE DENSIDADES DENSIDAD DE SÓLIDOS: - Estimar la masa de tres objetos en la Balanza Triple Barra que tiene una presición: ± 0,1g - Calcular su volumen si son cuerpos regulares conocidos. Si no, emplear el método de sumergirlos en una probeta para, por comparación, hacerlo. - Realizar el cálculo de la densidad utilizando la teoría vista. I. CONCLUSIONES: Esta primera práctica, ha servido para familiarizarnos con los elementos y materiales del Laboratorio, propios para el curso de física; de donde en síntesis se obtuvieron los resultados generales, siguientes: 1. 2. 3. 4. 3
- 4. II. RECOMENDACIONES: - Especial cuidado con el uso de los elementos del laboratorio como aparatos, material de apoyo y dispositivos. - Orden en cada proceso, atención a las explicaciones. III. BIBLIOGRAFÍA: TEXTOS: Física general – SERWAY – FAUGHN. 4