Física términos

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Estudiar la aplicación de los principios teóricos de hidrostática al tubo en forma de U.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Determinar la densidad de un líquido utilizando un densímetro.

Determinar la densidad de un líquido a partir de las mediciones de masa y volumen.

Determinar la densidad de un líquido a partir de las mediciones de altura en dos líquidos no miscibles colocados en un tubo en forma de U, sabiendo la densidad de uno de los líquidos.

Determinar experimentalmente la validez de la Ecuación Fundamental de la Hidrostática.

Calcular la presión manométrica y la presión absoluta de un gas confinado, haciendo uso de un manómetro de tubo abierto en forma de U.

Determinar la densidad de una esfera de acero.

MARCO TEÓRICO

Un fluido es una sustancia incapaz de resistir fuerzas o esfuerzos de corte sin desplazarse, mientras que un sólido sí puede hacerlo. Los fluidos se clasifican generalmente en líquidos y gases.

Un líquido está sometido a fuerzas intermoleculares que lo mantienen unido de tal manera que su volumen es definido, pero su forma no. Cuando se vierte líquido dentro de un recipiente, ocupará dentro de éste un volumen definido sin importar la forma del recipiente. Los líquidos son ligeramente compresibles y su densidad varía poco con la temperatura o presión.

Un gas, por otra parte, consta de partículas que no ocupan posiciones fijas, chocan unas con otras y se dispersan. Es por esta razón que un gas no tiene forma ni volumen definido y llenará completamente cualquier recipiente en que se coloque.

En los fluidos, debido a las características anteriormente mencionadas, es más conveniente hablar en términos de densidad, presión y volumen.

La densidad de sustancias homogéneas está definida como la masa por unidad de volumen de dicha sustancia, es decir:

(1)

Donde:

la densidad de la sustancia

masa de la columna

volumen ocupado por la sustancia

Otras ecuaciones relacionadas con la densidad son:

Densidad relativa: (2)

Peso específico: (3)

Ecuación fundamental de la hidrostática:

(4)

En función de la densidad, esta ecuación se transforma en:

Se tendrá entonces que:

(5)

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Material y Equipo.

1 manguera plástica de 1.5 m y ¾“

1 regla de 30 cm o más milimetrada

1 soportes universales

3 prensas nuez

2 litros de agua potable

1 balanza gravimétrica

1 probeta de 10 ml

1 probeta de 100 ml

½ litro de aceite comestible

1 densímetro

1 esfera de metal

1 cilindro de metal

1 beaker de 500 ml

Jabón en polvo (el estudiante debe de traer este material).

Procedimiento

SECCIÓN 1. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN LÍQUIDO.

PARTE A.

Con el densímetro efectúe la medida de la densidad del aceite contenido en la probeta, ¿Qué tipo de medida ha realizado?

ρ_aceite=0.9 g/〖cm〗^3

PARTE B.

Mida con la probeta de 10 ml cuatro volúmenes diferentes y para cada uno determine su masa, anote los datos obtenidos en la tabla 1.

Determine el valor promedio de densidad del aceite.

Tabla 1. Medidas de masa, volumen y densidad para aceite.

Volumen de aceite (cm3)

Masa de aceite (g)

Densidad de aceite (g/cm3)

10 cm3 9 g 0.90 g/cm3

20 cm3 17 g 0.85 g/cm3

30 cm3 24.5 g 0.81 g/cm3

40 cm3 32 g 0.8 g/cm3

VALOR PROMEDIO 3.36 g/cm3

SECCIÓN 2. APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTÁTICA.

PARTE C.

Instale la manguera plástica en U como se muestra en la figura 1 y coloque cierta cantidad de agua en ella.

A continuación, agregue una cantidad de aceite en la manguera.

Anote las distintas alturas, identificándolas como se muestra en la figura 1. A partir de estos valores de altura, determine la densidad del aceite, asumiendo que se conoce el valor de densidad del agua .

Compare los distintos valores de densidad que ha determinado para el aceite. ¿Cuál es más confiable? ¿Por qué?

R/- El cálculo con el densímetro es más exacto, pero con este experimento es muy aproximado el cálculo.

Y_(1=) 42cm P_A= ρ_agua . g . h_A

Y_2=16cm P_B= ρ_aceite . g . h_B

Y_3=44cm ρ_aceite . g . h_B= ρ_agua . g . h_A

ρ_aceite= (ρ_agua . h_A)/h_B = (1.0g/〖cm〗^3.42cm)/44cm

PARTE D.

Usando el manómetro de tubo abierto en U, como se muestra en la figura 2, coloque cierta cantidad de agua en él.

Acople en la rama que contiene el aceite, una vejiga inflada o semi-inflada.

Anote los datos de , Y2 y Y3. Determine la presión manométrica y absoluta en el punto B.

P_abs= P_o+ ρgh

Y_1= 54cm P_abs= 103100 N/m^2 +ρ_r . g . h

Y_2=4cm P_abs= 103100 N/m^2 +0.92 . 9.8 m/s^2 .0.12m

Y_3=32cm P_abs= 103100 N/m^2 +1081.92

Desplazamiento: 12cm

SECCION 3. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN CUERPO REGULAR.

Usando una probeta o un Baker calcule el volumen del cilindro y del cubo de metal sumergiéndolo en agua y viendo el desplazamiento que este provoca.

-Nivel del agua en el beaker = 80ml

-Beaker con cubo = 88ml

-Beaker con cilindro = 86ml

V_cubo=88-80=8〖cm〗^3 V_cilindro=86-80=6〖cm〗^3

W_cubo=27.5g W_cilindro=23g

ρ_cubo= 27.5g/(8〖cm〗^3 )=3.4375 g/〖cm〗^3 ρ_cilindro= 23g/(6〖cm〗^3 )=3.8333 g/cm3

Calcule el volumen del cilindro y el cubo de manera analítica midiendo el lado de la arista

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