viernes, 21 de septiembre de 2012

La experiencia es un grado

En este artículo hoy os exponemos un experimento realizado recientemente;

pero primero observemos los instrumentos que se utilizaron en el mismo:
  1.  Un dinamómetro
  2.  Una bascula
  3.  Un calibre
1. Descripción de las características y de las cualidades de los siguientes instrumentos:
Dinamómetro:
Este instrumento consta de un cilindro en cual dentro tiene un muelle al final de este tiene una anilla enganchada por el cual se cuelgan los objetos para medir la fuerza que ejerce.
La unidad de medida en este caso es el Nweton
La precisión de este objeto es bastante alta.debido a que su desviacion máxima es de 0,3% +/-

Bascula:
Este instrumento consta de una base con un muelle elastico debajo, con este instrumento medimos la masa de los objetos.
La unidad de medida en este caso es el gramo.
La precisión de este objeto es buena debido a que su desviación es de 0,1 ó 0,01 g,

Calibre:
Este instrumento consta de una regla de metal con un regulador que nos ayuda a determinar las dimensiones de los objetos que se miden.
La precisión de este objeto es desde 1/10 milímetro hasta 1/50 milímetro.


2. Unidades en las que se miden el peso, la masa y el volumen:
 La unidad que mide la magnitud del peso es el Newton, y la unidad de la masa es el kilogramo.  En el volumen, las magnitudes que se pueden emplear son dos: el litro y el metro cúbico, aunque  litro es más empleado para expresar la capacidad. La diferencia entre litro y metro cúbico es que 1L=1dm^3, por lo que la diferencia es tan solo de equivalencia.
Las magnitudes fundamentales y sus derivadas y la ecuación de sus dimensiones:
Magnitudes fundamentales:
Masa: Kg
Longitud: m
Tiempo: s
Temperatura: K
Intensidad de corriente eléctrica: A
Cantidad de sustancia: mol
Intensidad luminosa: cd

Magnitudes derivadas:
Velocidad: m/s
Volumen: m^3
Densidad: kg/m^3
Aceleración: m/s^2
Fuerza: kg·m/s^2=N

Ahora conciendo todos estos datos podemos plantear un problema para entenderlos mejor.
tenemos dos esferas metálicas de distintas densidades pero mismo volumen.
la esfera plateada tiene una masa de 68,5 g mientras que la esfera negra tiene una masa de 22,5 g.

A continuación suspendemos ambas esferas de un dinamómetro por medio de una cuerda, cuya masa consideraremos despreciable, y tomamos la medida que indica en Newtons (recuerda que si guardas las puedes ver más grandes)

La medida que indica en Newtons para la bola plateada es de: 0,68 N
La medida que indica en Newtons para la bola negra es de: 0,22 N



3. Masa de las esferas aplicando la ecuación para el peso P = mg (tomando g=9,8 m/s^2).
Bola Plateada: 68,5 g
P= 68,5 g·9,8 m/s^2= 671,3 g·m/s^2= 671,3 g·m/s^2·kg/1000g= 0,6713 kg·m/s^2= 6,71·10^-1kg·m/s^2
Bola Negra: 22,5 g
P= 22,5 g·9,8 m/s^2= 220,5 g·m/s^2= 220,5 g·m/s^2·kg/1000g= 0,2205 kg·m/s^2= 2,20·10^-1kg·m/s^2

Comparación del dato obtenido con el que marca la balanza: 

En la bola plateada, la balanza marca unos 6,7 N, lo cual es bastante parecido a nuestro cálculo. La discrepancia es muy pequeña y probablemente se debe a que el dato de la balanza es una estimación que hemos dado.
En la bola negra, la balanza marca 2,2 N, que se aproxima mucho al nuestro dato. Al igual que con la bola plateada, la discrepancia es pequeña ya que por muy bueno que sea el aparato, la mejor medida capaz de obtenerse es casi exacta, pero no del todo; es una aproximación al valor real.
Es por ello que se necesitan aparatos de medida mejores si queremos que el resultado sea lo más exacto posible. Como medir consiste en establecer la comparación de una magnitud con una unidad de referencia, se precisa usar un aparato de medida que podrá no estar construido correctamente y que tendrá límites.

Con un calibre hemos medido el diámetro de ambas esferas pero, ¿cuál es el valor en cm? 

Con el calibre, lo que se mide es el grosor de los objetos. Hemos observado que el valor en centímetros es en ambas esferas de 2,56 cm. El resultado es casi idéntico, pero si observamos con atención, podremos apreciar que la plateada es de un grosor ligeramente mayor que el de la negra.



4. Ahora que tenemos las medidas del diámetro de ambas esferas, podemos calcular el volumen de las mismas y por último con el dato experimental de la masa podemos calcular la densidad de cada esfera (d=m/V)
Sabiendo que el diámetro de las bolas es 2,56 cm, sabemos que su radio es 1,28 cm. A partir de eso, podemos calcular el volumen: V= 4/3·π·r^3= 4·2,1π/3= 26,38/3= 8,79cm^3
Sabiendo que el diámetro de las bolas es 2,56 cm, sabemos que su radio es 1,28 cm. A partir de eso, podemos calcular el volumen: V= 4/3·π·r^3= 4·2,1π/3= 26,38/3= 8,79cm^3


La densidad también es fácil de calcular:
-densidad de la bola plateada: D=m/v--> 68,5g/8,79cm^3= 7,29g/cm^3
-densidad de la bola negra: D=m/v--> 22,5g/8,79cm^3= 2,56g/cm^3
En un alarde de esfuerzo investigador es posible que encontremos con qué materiales se corresponden las densidades obtenidas.

El material del que se compone la bola plateada es el estaño ya que su densidad es 7,29g/cm^3.
El material del que se compone la bola negra es mena de cinc triturada ya que su densidad es 2,56g/cm^3, si tenemos en cuenta que la temperatura está a 15ºC.


5. Calcular el valor TEÓRICO de los empujes para ambas esferas sabiendo que la densidad del agua es 1 g/cm3. Comparad los resultados obtenidos con los valores experimentales y tratad de explicar las discrepancias si es que las hay.

Observando los resultados experimentales que hemos tomado, el empuje de la bola negra es el siguiente:

-Fuera del agua: 0,22 n (peso real)
-Dentro del agua: 0,14 n (peso aparente)
-Empuje: 0,08 n (peso real – peso aparente)

Observando los resultados experimentales que hemos tomado, el empuje de la bola plateada es el siguiente:

-Fuera del agua: 0,67 n (peso real)
-Dentro del agua: 0,59 n (peso aparente)
-Empuje: 0,08 n (peso real – peso aparente)
Ahora debemos calcular el valor teórico y compararlo:

Empuje = Volumen (cuerpo)* Densidad (fluido) =>

Por los cálculos del ejercicio anterior sabemos que el Volumen = 8,79 cm3 =>
Por el enunciado del problema sabemos que la densidad = 1g/cm3 =>

Por tanto E = 8,79 * 1 =  8,79 g
Calculando la conversión, cómo 1 kg son 9,8 Newtons sabemos que =>
8,79g = 0,086 n

Como observamos, el empuje nos sale que son 0,086 n que es muy parecido a los resultados experimentales obtenidos. Nos sale exacto debido a la imprecisión de los objetos de medida.

Conclusiones
Como podemos observar, según los valores experimentales y los valores teóricos obtenidos se cumple el Principio de Arquímedes el cual dice: “Cuando se sumerge un cuerpo dentro de un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba exactamente igual al peso del líquido desalojado”














1 comentario:

  1. 1. Correcto.
    2. Faltan las ecuaciones de dimensiones.
    3. Muy bien.
    4. Bien aunque los materiales propuestos son un tanto raros ;)
    5. Los resultados son correctos pero el procedimiento es algo confuso.
    La tarea es estéticamente mejorable en lo relativo al uso de imágenes para apoyar las explicaciones.
    Os recuerdo que todo queda más coherente si la tarea tiene sentido por si misma y sin tener que recurrir a las preguntas planteadas en el blog de la asignatura.Es decir, tiene que dar la sensación de que habéis elaborado vosotras mismas la investigación.

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