Densidad y Principio de Arquímedes.

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Laboratorio de determinación de Densidad en líquidos y sólidos (Febrero 2016)

Cárdenas. Andrés, andrescardenaas@hotmail.com, Castro. Edwin, themaiso@gmail.com, Guadasmo. Lili, isabethg17@hotmail.com

Abstract—This work show us a few methods for knowing the density in fluids or solids, through different physics principles, this paper will guide you in choosing which is the right way to determinate this magnitude in function of the state of matter of a sample. Due to the variability of data we must consider in taking various measures from a same sample in order to determinate his average and deviations, because all the tools in laboratory  guide us to wrong or incomplete measures if we don’t make a correct use of them.

The importance of this paperwork lies in how by knowing the density, we could suggest the material from which something is build.  

Palabras clave— Densidad, laboratorio, líquidos, solidos.

1. INTRODUCCIÓN

E

ureka! exclamó Arquímedes, al resolver el enigma de como hallar la densidad de un objeto con forma irregular; la corona de Hierón II. A diferencia de Arquímedes, contamos en la actualidad con diferentes técnicas que nos facilitan la determinación de esta magnitud, pero esto no implica que el principio de Arquímedes no siga siendo puesto en práctica.

Este documento expone los procesos y posteriores resultados de una práctica de laboratorio en la que a través de diferentes métodos se da una estimación de la densidad en algunos líquidos y sólidos.

1. Objetivos

Objetivo Principal

Emplear diferentes principios físicos para determinar la densidad de distintos materiales sólidos y líquidos.

Objetivo Secundario

Comprender que en función del estado de agregación en que se encuentre el objeto en estudio, habrá diferentes métodos que nos facilitaran el calcular la densidad.

1. Marco teórico

La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en  determinado volumen de una sustancia. Se expresa como la masa de un cuerpo dividida por el volumen que ocupa, lo cual queda denotado en la ecuación:

                          ρ =                          (1)[pic 2]

         Dependiendo del estado de agregación en que se encuentre el cuerpo en estudio, habrá diferentes métodos que nos permitirán calcular su densidad.

Para Solidos

En caso de contar con un objeto de forma regular, resultara muy conveniente medir sus dimensiones y así calcular su volumen, para luego medir su masa y hacer uso de la ecuación (1), si el objeto es de forma cilíndrica (como los usados en esta práctica) la expresión para su volumen es:

                     v =  h                            (2)[pic 3]

 En el caso de que el objeto no tenga una forma bien definida, resultara más práctico hacer uso del principio de Arquímedes que afirma.

“Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja”

El principio de Arquímedes se formula así:

                        FE = v ρl g                                 (3)

Donde FE  es la fuerza de empuje, v es el volumen del líquido desalojado, el cual es el mismo del objeto sumergido, ρl  es la densidad del líquido utilizado (normalmente agua) y g es la aceleración gravitacional.

1. Montaje experimental

Método del densímetro:

Se verifica que el densímetro se encuentre calibrado, sumergiéndolo en agua procurando que no toque las paredes de la probeta y verificando que la escala coincida con la densidad teórica del agua (1 g/cm3), posterior a esto se procede a tomar varias mediciones en el líquido problema y se anotan los distintos valores que se puedan obtener. Este método permite una medición directa de la densidad del líquido.

[pic 4][pic 5][pic 6]

Fig. 1 Lectura del Densímetro

Método del picnómetro:

 Se toma el picnómetro vacío y por medio de la balanza se halla  su masa, seguido a esto se llena el picnómetro hasta el tope con los líquidos a estudiar (uno a la vez) y se vuelve a pesar en la báscula; con el fin de determinar la masa del líquido contenido en el picnómetro, se procede a restar la masa del picnómetro lleno con la del vacío.

Picnómetro(lleno) – Picnómetro(vacío) = masa(liquido)

[pic 7][pic 8]

Fig 2 Volumen del picnómetro

 Luego, conociendo la masa del líquido problema y su respectivo volumen (el del picnómetro), se reemplazan estos valores en (1), determinando así la densidad.

Método geométrico:

 Tome el cilindro y determine su masa por medio  de la balanza, luego con un calibrador pie de rey mida sus dimensiones (diámetro y altura), posterior a esto halle el volumen del cilindro de acuerdo a (2), ya con estos valores proceda a estimar la densidad del objeto reemplazando         los valores hallados en (1).

Estas mediciones se hacen para distintos cilindros de diferente tamaño y material.

[pic 9]

Fig 3 Dimensiones de un Cilindro

Método del dinamómetro:

En primer lugar se toma el peso del cuerpo con el dinamómetro (peso en aire). A continuación se sumerge el objeto en una probeta con agua y se anota este otro peso (peso aparente) que ha de ser menor al peso en aire debido al empuje hidrostático; partiendo de estas dos mediciones es posible determinar la densidad del objeto por medio del principio de Arquímedes. Si se sabe que:

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