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UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

Presentado por: Anderson Jair Alvarado 1103568 David Gonzales Russi 2902993 Felipe Olaya Garzon 1103296 Laboratorio de: Física Calor y Ondas Título de la Práctica de Laboratorio: Densidad De Sólidos y Líquidos Profesor: Angel M. Chaparro Fecha: 22 de Octubre de 2019

1 Objetivo General: Caracterizar diferentes sustancias sólidas y líquidas mediante la medición de su densidad, utilizando métodos convencionales.

MARCO TEÓRICO

¿Cómo se define la densidad de un cuerpo? Una propiedad importante de cualquier material es su densidad, la cual se define como su masa por unidad de volumen. Un material homogéneo, tal como el hielo o el hierro, tiene la misma densidad en todas partes. Se Usa 𝝆 (la letra griega rho) para denotar la densidad. Si la masa m de material homogéneo tiene el volumen V, la densidad 𝜌 es: 𝝆=

𝒎 𝑽

¿De qué parámetros depende? Esta propiedad depende de la temperatura, por lo que al medir la densidad de una sustancia se debe considerar la temperatura a la cual se realiza la medición

¿En qué unidades de expresa la densidad? La unidad del SI de la densidad es el kilogramo por metro cúbico (𝑘𝑔/𝑚3 ). La unidad cgs, el gramo por centímetro cúbico (𝑔/𝑐𝑚3 ), también se utiliza comúnmente: 1𝑔 1000𝑘𝑔 = 3 𝑐𝑚 𝑚3

2 Diferencia entre densidad absoluta y densidad relativa: La densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación existente entre la masa y el volumen de un cuerpo o sustancia. Se representa por 𝜌. La densidad es una propiedad intensiva de la materia, por lo que no varía su valor a pesar del tamaño del objeto o cantidad de sustancia.

La densidad relativa referida a una sustancia es la relación existente entre la densidad de esa sustancia y la otra sustancia que se escoja de referencia; es una magnitud adimensional (sin unidades). Su fórmula se expresa: 𝝆𝒓 =

𝝆 𝝆𝟎

Dónde: 𝜌𝑟 , es la densidad relativa; 𝜌, es la densidad de la sustancia y 𝜌0 , es la densidad de la sustancia tomada de referencia. Para los sólidos y líquidos el patrón es el agua y para los gases el aire.

¿Qué formas prácticas se pueden utilizar para medir la densidad de un cuerpo sólido, de geometría regular y de geometría irregular? Para un cuerpo sólido de geometría regular, se puede calcular su densidad 𝜌, conociendo su masa y haciendo un cálculo geométrico de su volumen. Para conocer la densidad 𝜌 de un cuerpo sólido de geometría irregular se puede utilizar el principio de Arquímedes, el cual dice: "Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje igual al peso del volumen de líquido desalojado" El principio de Arquímedes también expresa que: El volumen de un sólido regular o irregular al ser sumergido en agua, es igual, al volumen de agua desplazado por el sólido.

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(La balanza. Medida de la densidad de un sólido)

Sumergiendo completamente el cuerpo en agua, el peso del cuerpo disminuye debido al empuje. Lo que nos marca la balanza F’ es igual a la diferencia entre el peso P y el empuje E. 𝐹’ = 𝑃 − 𝐸. Si el fluido es agua, cuya densidad es la unidad, el peso en gramos coincide numéricamente con el volumen medido en centímetros cúbicos. El empuje es igual a la diferencia 𝐹 − 𝐹’ entre lo que marca la balanza antes y después de sumergir el cuerpo en agua e igual numéricamente al volumen del cuerpo en centímetros cúbicos:

𝑉 = 𝐹 − 𝐹’

¿Cómo se puede medir la densidad de un líquido? Para un cuerpo en equilibrio que flota sobre la superficie de un líquido, tenemos que el peso es igual al empuje: 𝑚𝑔 = 𝜌𝑓 𝑉𝑔 Conocida la masa del cuerpo y el volumen de la parte sumergida, se puede determinar la densidad del líquido. En esto se basan los aerómetros o flotadores de masa conocida que se sumergen en el líquido de densidad desconocida. Disponen de una escala graduada, que nos proporcionan mediante lectura directa la densidad del líquido. La superficie libre del líquido marca el valor de la densidad en la escala del aerómetro. El aerómetro de la figura es un sólido de forma cilíndrica de 25 cm de altura y densidad 0.5 𝑔/𝑐𝑚3 que se sumerge parcialmente en el líquido cuya densidad se quiere determinar.

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(Medida de la densidad un líquido)

Midiendo en la escala graduada la parte del cilindro que está sumergida se puede fácilmente determinar la densidad del fluido. El cuerpo está en equilibrio flotando en el líquido, bajo la acción de dos fuerzas, su peso y el empuje del fluido: 𝑝𝑒𝑠𝑜 = 𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 𝜌𝑠 𝑔𝑆ℎ = 𝜌𝑓 𝑔𝑆𝑥 𝜌𝑠 ℎ = 𝜌𝑓 𝑥 Donde 𝜌𝑠 es la densidad del cuerpo sólido, S su sección, h su altura, 𝜌𝑓 es la densidad del fluido y 𝑥 la parte del sólido que está sumergido en el líquido.

¿Cómo se puede ver afectada la densidad de un cuerpo en términos de la temperatura? La densidad si varía con los cambios de presión y temperatura, se tiene que: Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). Sin embargo, existen notables excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperaturas.

5 ¿Sólo midiendo la densidad de un cuerpo es posible distinguir de qué está hecho? Si, Dos objetos hechos del mismo material tienen la misma densidad, aunque pueden tener masas y volúmenes diferentes. Esto es porque la proporción de masa a volumen es la misma para los dos objetos.

(Sears & Zemansky, 2013)

¿Qué es un densímetro? Un densímetro, es un instrumento que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen. Normalmente, está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posición vertical. El término utilizado en inglés es “hydrometer”; sin embargo, en español, un hidrómetro es un instrumento muy diferente que sirve para medir el caudal, la velocidad o la fuerza de un líquido en movimiento.

Modo de Empleo: El densímetro se introduce gradualmente en el líquido para que flote libremente y verticalmente. A continuación se observa en la escala el punto en el que la superficie del líquido toca el cilindro del densímetro. Los densímetros generalmente contienen una escala de papel dentro de ellos para que se pueda leer directamente la densidad específica.

6 PROCEDIMIENTO Para sólidos: 

Proceda al alistamiento y montaje adecuado del equipo.



Mida la masa de cada objeto y su correspondiente volumen si se trata de figuras de geometría regular. Exprese la incertidumbre de cada medición.



Calcule la densidad de cada objeto y su incertidumbre. 𝑚 𝜌= 𝑉



Utilice el principio de Arquímedes, para calcular el volumen del solido por volumen desplazado de fluido y calcule la densidad para solidos regulares y sólidos irregulares. Exprese su incertidumbre y compare sus resultados.



Plantee los análisis correspondientes.

En el caso de líquidos: Nota. Por la dificultad de manipular la glicerina, se colocara una sola probeta con glicerina para medir la densidad con el densímetro y para medir la densidad de la glicerina con el picnómetro se colocara igualmente uno de estos lleno de glicerina para que todos los grupos realicen los pasos necesarios para medir su densidad Se recomienda no hacer mezclas de alcohol y agua cuando estén manipulando estas sustancias. 

Utilice el densímetro para medir las densidades del agua, alcohol y glicerina. Exprese la medida con la incertidumbre del densímetro.



Hallar las densidades del agua, alcohol y glicerina utilizando el picnómetro.



Mida la masa del picnómetro con y sin el líquido para conocer la masa del líquido respectivo y conocido el volumen del líquido calcule la densidad de cada líquido. Exprese sus resultados con su incertidumbre correspondiente.



Compare sus resultados y plantee los análisis correspondientes.



¿De todos los métodos utilizados cual presenta una mejor precisión?



Comparar los resultados obtenidos con los referentes teóricos



¿Qué conclusiones puede formular?

7 Bibliografía http://www.sc.ehu.es. (s.f.). Recuperado el 19 de Octubre http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/unidades/balanza/balanza.html

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http://www.sc.ehu.es. (s.f.). Recuperado el 19 de Octubre de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/fluidos/arquimedes/aerometro/aerometro.html

2019,

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Sears, F., & Zemansky, M. (2013). Física Universitaria (Décimo tercera ed., Vol. 1). México: Pearson. Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2008). Física para ciencias e ingenierías (Séptima ed., Vol. 1). Cengage Learning.