Densidad - Resuelto
IES Simón Bolívar
Trabajo Experimental
Práctico de Laboratorio n° 1
Autor: Facundo Sanabria – 3° año del Profesorado de Física
Catedrático: Alejandro Diego Menoyo
Fecha: 21/11/2014
Resumen
En el presente trabajo de laboratorio vamos a trabajar e ilustrar diversas formas para la obtención de la densidad de un cuerpo.
Partiendo de lo que son los conocimientos teóricos correspondientes se nos ha propuesta en tres actividades la obtención de este valor mediando diferentes procedimientos que van a ser mas o menos útiles dependiendo el tipo de cuerpo a estudiar, y los medios y herramientas que tengamos para su manipulación y medición.
También dejaremos expresados en los distintos resultados los valores de error con los que se trabaja en estos procedimientos, aportando y afectando de menor o mayor medida a la información buscada.
Introducción
Todos conocemos que la densidad es una propiedad intensiva de la materia, y que es la razón entre la masa del cuerpo y el volumen del cuerpo. Pero muchas veces no se puede saber a ciencia cierta cuanto espacio “ocupa” un cuerpo de forma irregular, o no disponemos de una balanza acorde al objeto de estudio que nos permita determinar su masa, y mucho menos podemos garantizar la veracidad de un valor obtenido mediante estas magnitudes sino disponemos de buenas herramientas, procedimientos o formas de administrar la incerteza de los resultados.
En este trabajo plantearemos para satisfacer estos condicionantes, tres formas distintas de llegar a este valor en un mismo cuerpo, y trataremos a su vez los errores que distintas herramientas nos aporten, con su buen uso y un procedimiento acorde a lo que deseamos obtener. Llegando sin inconvenientes a la meta de obtener la densidad de dicho cuerpo.
Objetivos
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Usar correctamente instrumentos de medición.
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Adquirir el concepto de error en la medición, y su determinación.
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Interpretar los datos obtenidos y poder encontrar una relación entre ellos.
Marco Teórico
A veces se dice que el hierro es “más pesado” que la madera. En realidad esto no puede ser verdad, porque es claro que un gran tronco pesa más que un clavo de acero. Lo que deberíamos decir es que el hierro es más denso que la madera.
La densidad δ, de un objeto, se define como su masa por unidad de volumen:
Donde m es la masa del objeto y V su volumen. La densidad es una propiedad característica de cualquier sustancia pura. Los objetos fabricados de determinada sustancia pueden tener cualquier tamaño o masa, pero la densidad será igual para todos. En general la densidad se expresa en kg/m3 (Simela) o en g/cm3. Una densidad en g/cm3 se debe multiplicar por 1000 para pasarla a kg/m3.
Materiales y Equipo
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Un cuerpo de forma regular
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Un cuerpo de forma irregular
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Balanza
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Calibre
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Probeta graduada
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Calculadora
Procedimiento Experimental
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Actividad 1: Encontrar la densidad de diferentes sustancias sólidas de forma regular.
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Procedimiento:
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Mide la masa del objeto que debes estudiar
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Toma las dimensiones con el calibre, realiza tantas lecturas como sean necesarias para calcular cada magnitud y su error
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Calcula el volumen del objeto
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Determina su densidad
Actividad 2: Encontrar la densidad de diferentes sustancias sólidas de forma irregular.
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Procedimiento:
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Mide la masa del objeto que debes estudiar.
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Coloca agua en la probeta graduada, y lea su volumen.
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Introduzca el objeto en la probeta, determina el volumen del objeto como diferencia de volúmenes.
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Realiza tantas lecturas como sean necesarias para calcular cada magnitud y su error
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Determina la densidad del objeto
Actividad 3:encontrar la densidad de diferentes sustancias sólidas de forma irregular utilizando su empuje.
Procedimiento:
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Mide la masa del objeto que debes estudiar.
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Coloca agua en un recipiente y mida la diferencia de masa que indica la balanza con el objeto sumergido en agua.
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Sabiendo que el Empuje (E = (Pe)fluido x Volumen sumergido.) que recibe un cuerpo sumergido depende del volumen del cuerpo sumergido y del peso especifico del Líquido en que se sumerge, calcule el volumen del cuerpo
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Determina la densidad del objeto
Tabla u Hoja de Datos
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Actividad 1
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Todas las longitudes están expresadas en centímetros y la masa en gramos
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Diámetro
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2,552
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Altura
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4,086
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Masa
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157,89
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2,554
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3,958
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157,94
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2,552
|
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4,042
|
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157,98
|
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2,562
|
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3,982
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157,95
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|
2,562
|
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4,046
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157,98
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Promedio
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2,5564
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4,0228
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157,948
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Error
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0,002
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0,002
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0,01
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Volumen:
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20,6479
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Error:
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0,3333
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Densidad:
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7,649 g/cm3 ± 0,124 g/cm3
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Actividad 2
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Todas los volúmenes están expresados en mililitro/centímetro cúbico y la masa en gramos
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Masa
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157,89
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Volumen de probeta con agua: 40 ± 2
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157,94
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Volumen de probeta con el cuerpo y agua
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60
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157,98
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|
60
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|
Promedio
|
157,93
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60
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Error
|
0,01
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Volumen:
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20 ± 2
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Densidad:
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7,89 g/cm3 ± 0,79 g/cm3
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Actividad 3
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Masa
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157,95 g ± 0,01 g
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Masa sumergida
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20,1
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(Sin contar la masa de agua)
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20,31
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20,34
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20,33
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20,37
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Promedio
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20,29 g
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Error
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0,01 g
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Volumen:
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0,2 m3 ± 0,05 m3
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Densidad:
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0,78 kg/m3 ± 0,03 kg/m3
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Procesamiento de Datos Experimentales
En todas las Actividades se empleo la formula otorgada en el marco teórico de la densidad para su obtención. Así mismo para todos los cálculos de incertezas, se empleo las siguientes formulas y reglas operativas:
Error relativo: e r = ΔZ /Z
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MagnitudSe obtiene comoCalculo del errorV =V(x,y,z,…)x+y+z o x-y-z(la formula es una suma o una resta)eabs(V)=eabs(x)+ abs(y)+eabs(z)V =V(x,y,z,…)x · y ·z ó x/y.z(la formula es producto o división )erel(V)= erel(x)+ erel(y)+erel(z)Una vez que obtengo el erel, calculo el eabs(V)= erel· VV =V(x,y,z,…)A·xA=constanteeabs(V)= A · eabs(x)V =V(x,y,z,…)xnerel(V)= n · erel(x)eabs(V)= erel· V
En la Actividad 1, para el cálculo del volumen, fue necesario emplear la fórmula del cilindro:
Donde r es el radio y h la altura.
En la Actividad 2, para el cálculo del volumen, fue necesario obtener la diferencia entre el volumen obtenido con agua y con el objeto y la probeta con agua solamente, lo cual queda expresado de la siguiente manera:
En la Actividad 3, para el cálculo del volumen, fue necesario utilizar el concepto de empuje para poder llegar al dato deseado con los datos disponibles. El mismo queda expresado como:
E = (Pe) fluido x Volumen sumergido
Análisis y Discusión
En el desarrollo de la primera experiencia la primera sensación que surge es la del error, como son muchos los datos obtenidos de forma directa se empieza a considerar una gran desviación en la certeza de los resultados. A pesar de esto, y comparándolo con los otros experimentos, el error no es tan significativo, ya que se trata de un procedimiento donde no hay grandes dificultades en la manipulación y obtención de datos, y así como también se utilizan herramientas de gran precisión que nos garantizan una propagación de la desviación muy escasa.
Con respecto a la segunda actividad, se puede apreciar por lo contrario, un gran marguen de error. Esto, aunque no es esperado por la simplicidad de los conceptos y la sencillez de los pasos prácticos a seguir, se debe a que la probeta empleada tiene un gran marguen de error en la obtención del volumen, afectando en gran parte a todos los datos obtenidos a posterior.
Y ya terminando con el procedimiento numero 3, se ve como los puntos fuertes de los dos anteriores experimentos se juntan en este para darnos un valor mucho más certero y con menos marguen de error. Esta actividad presenta la idea simple y directa del concepto de empuje para la obtención del volumen, y la obtención de todos los datos necesarios de forma directa mediante una herramienta que nos asegura tanto precisión como exactitud.
Conclusiones
A lo largo de esta primera actividad en el laboratorio, hemos podido utilizar muchas herramientas para la obtención de información, y los hemos obtenidos por recorridos distintos. Esto nos permitió conocer bien los procedimientos y usos de las mismas, así como poder sacarle el mejor provecho y disminuir al mínimo la posibilidad de error que fuimos incorporando como noción presente en todo experimento de laboratorio. En ese sentido tuve éxito con los objetivos planteados para esta primera intervención.
Con respecto a los métodos en sí también nos fue muy útil el emplear los distintos procedimientos que se propusieron, y más en ese orden. Se puede concluir que cuando de medir se trata, no solo se necesita de las herramientas más precisas que halla, sino también de plantear un procedimientos que cumplan con el objetivo de obtener un resultado lo más certero posible. Que sea conceptualmente simple, que si es posible implique la menor manipulación de información directa para lo deseado, y que se plantee en etapas acordes y que no perjudiquen el desarrollo de un buen proceso de medición.
Bibliografía
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M.Sc. Maximino Suazo, “Pautas para la elaboración de informes de laboratorio”, Catedrático de la Universidad Pedagógica Nacional Francisco Morazán y de la Universidad Nacional Autónoma de Honduras
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Introducción al error - Juan G. Roederer