BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE … · Vertir agua en la probeta hasta que alcance...

Fac. Cs. Qs. Dpto. De FÍSICO MATEMÁTICAS LABORATORIO DE FÍSICA I

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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

LICENCIATURA: QUÍMICO FARMACOBIÓLOGO

ÁREA ESPECÍFICA DE: FÍSICO – MATEMÁTICAS

ASIGNATURA DE: LABORATORIO DE FÍSICA I CÓDIGO LQF 103L FECHA DE ELABORACIÓN: JUNIO DE 2006 NIVEL EN EL MAPA CURRICULAR: BÁSICO TIPO DE ASIGNATURA: CIENCIAS BÁSICAS PROFESORES QUE PARTICIPARON EN SU ELABORACIÓN: ACADÉMICOS DEL DEPARTAMENTO DE FISICOMATEMATICAS HORAS PRÁCTICA. 2 TOTAL DE CRÉDITOS: 2


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PRESENTACION GENERAL

Con este programa se pretende que los estudiantes de Ciencias Químicas adquieran conocimientos de física, los cuales, podrán usar en su profesión mirando al mundo de manera científica, tal como lo requiere la cultura moderna, y así poder desarrollar su filosofía personal. Al dar una explicación sobre el comportamiento de la materia el alumno reconocerá que subyace una estructura en la realidad, para la cual, existen reglas fundamentales que rigen el comportamiento de la sustancia y el campo dando lugar al mundo que habitamos; en su simplicidad y su complejidad. Y es a partir de esto que aparece el reto para el estudiante de conocer la estructura fundamental de la materia y las reglas con las que funciona, los modos de decidir qué hechos y qué métodos se relacionan con un determinado problema y las técnicas para crear procedimientos que lo lleven a resolver problemas; resumiéndose así el verdadero desafío de aprender física. Considerando que las ideas científicas tienen una evolución tan intensa, como la que actúa sobre las especies biológicas, es importante que el estudiante, recorra la Historia y sea consciente de cómo evoluciona su propio pensamiento superando las barreras conceptuales y creando su propia forma de lograr ideas científicas sobre la naturaleza de las cosas.

El hecho de que el estudiante logre un nuevo concepto físico, es un acto creativo y el resultado de este proceso creativo, se puede comprobar una vez teniendo un conjunto creíble de conceptos básicos y de leyes físicas, con los que se obtienen conclusiones. Estas conclusiones que surgen de una buena idea física deben ser consistentes con los experimentos conocidos, y deben de sugerir nuevos experimentos y pruebas más precisas. La consistencia con el experimento y la utilidad de comprender la naturaleza son las propiedades de una buena teoría física.

En el trayecto del cumplimiento de este programa, el estudiante, descubrirá lo bello que es la naturaleza comprendiéndose él mismo como parte de ella y en consecuencia comprometiéndose con su preservación. Los conceptos que se presentan en este programa representan la base de otras materias del mapa curricular de la licenciatura de Química.

OBJETIVO GENERAL DEL CURSO

El estudiante aprenderá a describir cuidadosamente el movimiento de una partícula y de un sistema de partículas, aplicando el sistema lógico y cerrado formado a través de las leyes de Newton e interpretará la interacción de los sistemas como un intercambio de energía, comprenderá las propiedades más generales de la materia en los estados de agregación de la materia y explicará cómo se comportan. Estos conocimientos servirán de apoyo al análisis de sistemas físicos, químicos y biológicos, utilizando las herramientas matemáticas necesarias como lenguaje propio de la física.


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PRÁCTICA NÚMERO 1 MEDICIONES Y ERRORES I

MEDICIONES DIRECTAS

OBJETIVOS 1. Realizar mediciones de masa y volumen de líquidos y sólidos. 2. Calcular la incertidumbre para la masa y el volumen con los instrumentos empleados. MATERIAL 1. Una balanza de 0.1 gramo. 2. Una probeta de 0-100 ml. 3. Una pipeta de 10 ml. 4. Agua. 5. Pedazos de aluminio, canicas u otro sólido de forma regular. 6. Vaso de precipitado de 100 ml o más grande 7. Vernier. INTRODUCCIÓN La fìsica es una ciencia teórico – experimental que busca dar explicación y solución a los fenómenos naturales y sus consecuencias. Para ello, es necesario cuantificar las variables (magnitudes físicas) que intervienen en el fenómeno estudiado en el laboratorio o en el campo. Medir no es más que el procedimiento con el cual se evalúa o se valora una magnitud física Esto consiste en establecer la razón numérica entre la magnitud considerada y otra de la misma especie elegida previamente como unidad de medida o patrón. La unidad de patrón debes ser establecida previa y convenientemente. Al realizar una medición, el resultado se establece por medio de un número y la unidad correspondiente, la cual está asociada a la denominada “patrón”. A esto hay que anexarle una indicación de la incertidumbre con que se ha obtenido el valor de la magnitud. DESARROLLO EXPERIMENTAL A. Determinación de la masa y el volumen del agua: 1. Medir la masa de la probeta procurando que esté limpia y seca. 2. Vertir agua en la probeta hasta que alcance aproximadamente 60 ml, procurando que

el menisco del agua quede muy cerca de una de las líneas de graduación de la probeta. Utilice una pipeta para poner el menisco en la marca deseada. Procure que no quede líquido en las paredes externas e internas de la probeta para no alterar la medición de volumen y masa. Recuerde que el menisco del agua debe quedar tangente a la marca del volumen que se estudia. Tenga el cuidado de que sus ojos estén a la misma altura del nivel del líquido para disminuir los errores asociados al proceso de medición.


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3. Una vez determinado el volumen, mida la masa de la probeta con el agua en la balanza.

4. Vacie la probeta y sequela. Repita los puntos 2 y 3 hasta obtener 20 valores tanto para la masa como para el volumen.

Fig. 1.1 La posición del menisco del líquido debe quedar tangente a la marca del volumen. Masa de la probeta: ______

Masa y volumen del agua MEDICIÓN M(g) V(ml)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

5. Con los valores de las masas calcule:

a) El valor promedio de la masa del agua b) El error absoluto de cada medición c) El error relativo de cada medición


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d) El error relativo porcentual de cada medición e) El error debido al instrumento f) La desviación estándar g) Reportar estos resultados para la densidad para cada sustancia como

m = m ± mε . m = m ± 2 s

6. Con los valores del volumen calcule:

a) El valor promedio del volumen del agua b) El error absoluto de cada medición c) El error relativo de cada medición d) El error relativo porcentual de cada medición e) El error debido al instrumento f) La desviación estándar g) Reportar estos resultados para la densidad para cada sustancia como

V = V ± Vε .

V = V ± 2 s

B. Determinación del volumen para un sólido regular 1. Para las piezas metálicas u otro material que no flote en el agua, determine el

volumen de las piezas sumergiéndola en agua y determinando el volumen desplazado de agua por la pieza.

2. Mida la masa del objeto 3. Repita este proceso 20 veces

Masa y volumen para el sólido MEDICIÓN M(g) V(ml)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17


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18 19 20

4. Con los valores de las masas calcule:

a) El valor promedio de la masa del sólido b) El error absoluto de cada medición c) El error relativo de cada medición d) El error relativo porcentual de cada medición e) El error debido al instrumento f) La desviación estándar g) Reportar estos resultados para la densidad para cada sustancia como

m = m ± mε . m = m ± 2 s

5. Con los valores del volumen calcule:

h) El valor promedio del volumen del sólido i) El error absoluto de cada medición j) El error relativo de cada medición k) El error relativo porcentual de cada medición l) El error debido al instrumento m) La desviación estándar n) Reportar estos resultados para la densidad para cada sustancia como

V = V ± Vε V = V ± 2 s

PREGUNTAS 1. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden presentarse en la

medición de la masa de líquidos? 2. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden presentarse en la

medición de la masa de sólidos? 3. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden presentarse en la

medición del volumen de un líquido? 4. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden presentarse en la

medición del volumen de un sólido? 5. En base a los resultados obtenidos, ¿Cuál es la masa de 1 litro de agua?


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6. A partir de las precisiones de la medición de la masa con la balanza utilizada y de la medición del volumen con la probeta, ¿Cuántas cifras son significativas en el valor de la masa y el volumen obtenidas en cada caso?.


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PRÁCTICA NÚMERO 2 MEDICIONES Y ERRORES II MEDICIONES INDIRECTAS

OBJETIVOS 1. Realizar mediciones indirectas tales como perímetros, áreas, volúmenes y densidad

de cuerpos geométricos regulares. 2. Calcular la incertidumbre para mediciones indirectas mediante la repetición de

mediciones. 3. Calcular la incertidumbre mediante las reglas de errores asociados a mediciones

indirectas 4. Calcular la incertidumbre para mediciones indirectas mediante el método de las

parciales. MATERIAL 1. Una balanza de 0.1 gramo. 2. Pedazos de madera u otro material de forma regular 3. Pedazos planos de aluminio u otro material de forma circular 4. Pedazos planos de aluminio u otro material de forma rectangular 5. Cánicas, balines u otro sólido de forma esférica. 6. Metro. 7. Vernier. INTRODUCCIÓN Cuando se tiene la medida de una magnitud, ésta se pudo haber obtenido mediante dos métodos de medición: directas o indirectas. En primer método, las magnitudes se obtienen al utilizar un instrumento de medición; esto comparando la cantidad a medir con la unidad elegida (múltiplos o submúltiplos). En el segundo método, el valor de la variable física se obtiene por medio de una relación analítica entre cantidades conocidas y previamente medidas. Existen muchas magnitudes físicas que no pueden obtenerse a través de una medida directa, las magnitudes de este tipo dependen de otras, medidas previamente, que por supuesto, poseen incertidumbre que va a influir en el resultado de la magnitud física requerida. Uno de los métodos para el cálculo del valor de propagación es el método de las derivadas parciales. DESARROLLO EXPERIMENTAL A. determinación del perimetro y área de los sólidos planos 1. Seleccione una muestra plana, ya sea de madera, aluminio u otro material de forma

circular. 2. Con el vernier, mida a cada una sus dimensiones 3. Mida ahora su masa correspondiente. 4. Repita el mismo proceso para obtener 5 mediciones tanto para las dimensiones como

para la masa.


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Magnitudes del sólido plano MEDICIÓN MASA DIÁMETRO

1 2 3 4 5

5. Con las dimensiones del objeto calcule el perimetro y el área para cada medición.

Magnitudes del sólido MEDICIÓN MASA PERIMETRO ÁREA

1 2 3 4 5

6. Seleccione una muestra plana, ya sea de madera, aluminio u otro material de forma

rectangular. 7. Con el metro, mida cada una de sus dimensiones 8. Mida ahora su masa correspondiente. 9. Repita el mismo proceso para obtener 5 mediciones tanto para las dimensiones como

para la masa.

Magnitudes del sólido plano MEDICIÓN MASA LARGO ANCHO

1 2 3 4 5

10. Con las dimensiones del objeto calcule el perimetro y el área para cada medición.

Magnitudes del sólido MEDICIÓN MASA PERIMETRO ÁREA

1 2 3 4 5


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11. Obtenga los valores promedios de la masa, el perimetro y el área. 12. Calcule el error relativo para cada medición y obtenga el error relativo promedio, para

la masa, perimetro y área. 13. Utilice el método de errores para medidas indirectas para obtener Pε , Aε . 14. Utilice el método de parciales para medidas indirectas para obtener Pε , Aε . 15. Ob

MATERIAL m = m ± mε

m = m ± mε

P = P ± Pε

P = P ± Pε

A = A ± Aε

A = A ± Aε

16. Exprese los valores como:

m = m ± mε P = P ± Pε A = A ± Aε

para los valores obtenidos en los puntos 11, 12 y 13. B. Determinación de la masa , volumen y densidad para un sólido regular. 1. Seleccione una muestra ya sea de madera, aluminio u otro material 2. Con el vernier, mida a cada una sus dimensiones. 3. Mida ahora su masa correspondiente. 4. Repita el mismo proceso para obtener 5 mediciones tanto para las dimensiones como

para la masa.

Magnitudes del sólido MEDICIÓN MASA LARGO ANCHO ALTO

1 2 3 4 5

5. Con las dimensiones del objeto calcule el volumen y la densidad para cada medición


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Magnitudes del sólido MEDICIÓN MASA VOLUMEN DENSIDAD

1 2 3 4 5

6. Asocie a las mediciones el error debido al instumento de medición. 7. Obtenga los valores promedio para la masa, el volumen y la densidad. 8. Utilice el método de errores para medidas indirectas para obtener Pε , Aε . 9. Utilice el método de parciales para medidas indirectas para obtener Pε , Aε . 10. Exprese los valores como

m = m ± mε

V = V ± Vε ρ = ρ ± ρε

11. Repita el porcedimiento para la cánica y el balín

Magnitudes del balín MEDICIÓN MASA DIÁMETRO

1 2 3 4 5

Magnitudes del balín MEDICIÓN MASA VOLUMEN DENSIDAD

1 2 3 4 5


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Magnitudes de la cánica MEDICIÓN MASA DIÁMETRO

1 2 3 4 5

Magnitudes de la cánica MEDICIÓN MASA VOLUMEN DENSIDAD

1 2 3 4 5

PREGUNTAS 1. ¿Cuál es la fuente de error para la masa?. Explique. 2. ¿Cuál es la fuente de error para el área?. Explique 3. ¿Cuál es la fuente de error para el volumen?. Explique 4. ¿Cuál es la fuente de error para la densidad?. Explique 5. ¿Cuál es el error obtenido en la medición de la masa de cada sustancia? 6. Para cada sustancia, compare los errores para el perimetro obtenidos mediante las

reglas con los obtenidos aplicando el método de las derivadas. 7. Para cada sustancia, compare los errores para el área obtenidos mediante las reglas

con los obtenidos aplicando el método de las derivadas. 8. Para cada sustancia, compare los errores para el volumen obtenidos mediante las

reglas con los obenidos aplicando el método de las derivadas. 9. Para cada sustancia, compare los errores para la densidad ediante las reglas con los

obenidos aplicando el método de las derivadas.


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PRÁCTICA NÚMERO 3 FUERZA

MÉTODO GRÁFICO OBJETIVOS 1. Comprender el significado de fuerzas coplanares. 2. Determinar la resultante de dos o más fuerzas por el método gráfico MATERIAL

1. Una mesa de fuerzas 2. Un juego de pesas con ranura 3. Cuatro portapesas 4. Cuatro poleas móviles 5. Un carrete de hilo nylon delgado 6. Un transportador 7. Una regla de 30 cm 8. Una argolla de 1 pulgada de diámetro 9. Un nivel de albañil de 40 cm de largo 10. Una balanza digital 11. 3 hojas de coordenadas polares 12. 3 hojas de papel milimétrico

INTRODUCCIÓN Casi todos los cursos de introducción a la física empiezan con el tema de la mecánica. La mecánica es importante porque el estudio de todos los demás temas dependen necesariamente de la comprensión de la misma. Se puede definir la mecánica como la rama de la física relacionada con el movimiento o estado de los cuerpos materiales. Generalmente se halla dividida en estática, cinemática y dinámica. La estática trata de los cuerpos en estado de equilibrio, una condición llevada a cabo por la acción de fuerzas equilibradas. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Arme la mesa de fuerza. 2. Coloque hilo nylon de la misma longitud (70 cm aproximadamente) a tres portapesas. 3. Amarre los hilos a la argolla de tal manera que pueda deslizarlos con libertad. 4. Coloque el poste sobre el centro de la mesa de fuerza e introduzca la argolla. 5. Sujete las poleas a la orilla de la mesa de fuerza y coloque el hilo nylon sobre las

poleas. 6. Coloque varias pesas en dos de los portapesas (150 g o más). Registre los valores de

las masas y los valores de los ángulos a los cuales están colocados cada portapesas. El poste servirá para evitar accidentes por deslizamiento debidos a las masas.

7. Ubique la dirección de la fuerza equilibrante. Coloque en esa dirección la tercera polea.

8. Coloque tantas pesas como sea necesario hasta lograr equilibrar las fuerzas. 9. Registre el ángulo correspondiente a la fuerza resultante. 10. Construya un diagrama vectorial del sistema de fuerzas obtenido sobre la mesa de

fuerzas en coordenadas polares, diagrama de fuerzas 1.


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11. Traslade el diagrama fuerzas 1 a un diagrama de fuerzas en coordenadas rectangulares y ubique el vector de fuerzas resultante.

12. Cambie el valor de las masas y la ubicación de las poleas. Repita a partir del paso 7 para obtener 5 mediciones.

13. Agregue un portapesas y una polea. 14. Coloque pesas en tres portamesas y registre las masas y los ángulos. 15. Ubique la dirección de la fuerza equilibrante. Coloque en esa dirección la cuarta polea. 16. Coloque tantas pesas como sea necesario hasta lograr equilibrar las fuerzas. 17. Registre el ángulo correspondiente a la fuerza resultante. 18. Construya un diagrama vectorial del sistema de fuerzas obtenido sobre la mesa de

fuerzas en coordenadas polares, diagrama de fuerzas 2. 19. Traslade el diagrama fuerzas 2 a un diagrama de fuerzas en coordenadas

rectangulares y ubique el vector de fuerzas resultante. 20. Cambie el valor de las masas y la ubicación de las poleas. Repita a partir del paso 7

para obtener 5 mediciones.

PREGUNTAS 1. ¿Cuál es la escala apropiada para realizar sus gráficos? 2. Realice la suma vectorial de las fuerzas según los datos de la tabla 1 utilizando el

método del paralelogramo, ¿son congruentes sus resultados con los que midió experimentalmente?

3. De acuerdo a sus gráficos,¿Cuál es la fuerza resultante (magnitud y dirección), para

cada caso? 4. Obtenga la fuerza resultante de acuerdo a los datos registrados. ¿coinciden sus

valores calculados con los obtenidos experimentalmente?

No. m1 (g) θ1 ( º ) m2 (g) θ2 ( º ) me (g) θe ( º ) 1 2 3 4 5

No. m1 (g) θ1 ( º ) m2 (g) θ2 ( º ) m3 (g) θ3 ( º ) m3 (g) θe ( º ) 1 2 3 4 5


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PRÁCTICA NÚMERO 4 DENSIDAD

OBJETIVOS 1. Determinar la densidad de un líquido 2. Deteminar la densidad de un sólido midiendo su volumen geometricamente. 3. Deteminar la densidad de un sólido midiendo su volumen por desplazamiento de

agua. MATERIAL 1. Una balanza de 0.1 gramo. 2. Una probeta de 0-100 ml. 3. Una pipeta de 10 ml. 4. Agua 120 ml 5. Aceite de olivo 120 ml 6. Alcohol 120 ml 7. Pedazos de madera, aluminio, canicas u otro sólido de forma regular. 8. Metro. 9. Vernier. INTRODUCCIÓN Una propiedad fundamental de cualquier sustancia es su densidad, que se define como el el cociente entre la masa y el volumen de la sustancia que se trate. Esta propiedad depende de la temperatura por lo que al medir la densidad de una sustancia se debe considerar la temperatua de la medición. En el caso de sustancias no homogeneas lo que obtenemos al dividir la masa y el volumen es la densidad promedio. En esta practica se determina la densidad de un líquido y un sólido homogeneos y se calcula la incertidumbre obtenida con los instrumentos empleados. DESARROLLO EXPERIMENTAL A) Determinación de la densidad para los líquidos: 1. Medir la masa de la probeta procurando que esté limpia y seca. 2. Vertir agua en la probeta hasta que alcance aproximadamente los 60 ml, procurando

que el menisco del agua quede muy cerca de una de las líneas de graduación de la probeta. Utilice una pipeta para poner el menisco en la marca deseada.

3. Una vez determinado el volumen, mida la masa de la probeta con el agua en la balanza.

4. Sin vaciar la probeta agregue agua hasta una marca aproximada de 70 ml, ayudándose de la pipeta. Una vez que determinó tal volumen y que limpió el líquido de las paredes del recipiente, mida su masa.

5. Volver a repetir la operación anterior para cada uno de los volúmenes aproximados siguientes: 80, 90 y 100 mililitros.

Nota: El estudiante puede tomar los volúmenes indicados o algunos cercanos a esos valores anotando el valor indicado por la graduación de la probeta en cada caso.


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Magnitudes del agua Medida V (ml) M ρ

1 2 3 4 5

6. Con las masas de la sustancia, los volúmenes correspondientes, calcule la densidad

del agua. 7. Con esos 5 valores de densidad, calcule:

a) El valor promedio de la densidad del agua b) El valor promedio del error absoluto c) El valor promedio del error relativo d) El valor promedio del error relativo porcentual e) El error debido al instrumento f) Reportar los resultados para la densidad para cada sustancia como

ρ = ρ ± ρε . 8. Repetir el proceso para el aceite y el alcohol. 9. Grafique para cada sustancia la masa en función de su volumen en una hoja

cuadriculada aparte. B) Determinación de la densidad para un sólido regular. 1. Seleccione cinco muestras de un mismo material, ya sea de madera, aluminio u otro

material, procurando que todas sean de una misma sustancia y que tengan una forma geométrica regular.

2. Con el vernier, mída a cada una sus dimensiones y con ellas calcule su volumen. 3. Mida ahora su masa correspondiente. 4. Repita el mismo proceso para las otras cuatro muestras. 5. En el caso de haber usado piezas metálicas u otro material que no flote en el agua,

determine el volumen de cada pieza sumergiendo cada una en agua y determinando el volumen desplazado de agua por cada pieza.

Densidad de sólido midiendo el volumen geométricamente Medida V (cm3) M (g) ρ (g/cm3)

1 2 3 4 5


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Densidad del sólido midiendo el volumen desplazado de agua. Medida V (ml) M (g) ρ (g/cm3)

1 2 3 4 5

6. Con el volumen obtenido utilizando las dimensiones de cada pieza y la masa

correspondiente, calcule la densidad de cada muestra 7. Con el volumen obtenido utilizando el volumen desplazado por el agua en cada caso,

determine la densidad de cada muestra. 8. Con los 5 valores de densidad obtenga:

a) El valor promedio de la densidad de la muestra b) El valor promedio del error absoluto c) El valor promedio del error relativo d) El valor promedio del error relativo porcentual e) El error debido al instrumento

9. Reportar los resultados para la densidad para cada sustancia como ρ = ρ ± ρε 10. Grafique para cada sustancia el volumen en función de su masa en una hoja

cuadriculada aparte. PREGUNTAS 1. ¿Cuál es la fuente de error para el volumen medido por el desplazamiento de agua? 2. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden presentarse en la

medición de la densidad de un líquido por el método usado ? 3. ¿Cuáles son las fuentes de error más comunes que pueden presentarse en la

medición de la densidad de un sólido por este método? 4. De los dos métodos utilizados para medir la densidad de un sólido ¿ Cuál método

presenta menor error? Explique. 5. ¿Qué diferencia presentan las gráficas de la masa contra el volumen de ambas

sustancias? 6. ¿Qué representa la pendiente de las gráficas halladas? 7. ¿Qué volumen ocupan 1000 Kg de cada una de las sustancias a las que se les calculó

la densidad? 8. A partir de las precisiones de la medición de la masa con la balanza utilizada y de la

medición del volumen con la probeta, ¿Cómo se propaga el error en la determinación de la densidad?. ¿Cuántas cifras son significativas en el valor de la densidad obtenida en cada caso?.


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PRÁCTICA NÚMERO 5 EL PICNÓMETRO

OBJETIVOS 1. Determinar la densidad del agua y otros líquidos haciendo uso del picnómetro. 2. Determinar la variación de la densidad con la concentración de diferentes soluciones

de sal. Material 1. 70 ml de agua. 2. 70 ml de aceite de oliva. 3. Picnómetro de 50 ml. 4. Balanza de 0.01 g 5. Termómetro 6. Un vaso de precipitados de 100 ml o más grande. 7. Sal de cocina, aproximadamente 200 gr. INTRODUCCIÓN El picnómetro es un instrumento sencillo utilizado para determinar la densidad de líquidos con mayor precisión. Su característica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar diferentes líquidos en su interior. Esto sirve para comparar las densidades de dos líquidos pesando el picnómetro con cada líquido por separado y comparando sus masas. DESARROLLO EXPERIMETAL A) Densidad del agua y del aceite 1. Anote el valor del volumen del picnómetro que tiene registrado en la pared del frasco. 2. Enseguida mida la masa del picnómetro vacío, teniéndose el cuidado de que se

encuentre totalmente seco y limpio. 3. Llénelo completamente de agua y enseguida colóquele su tapón. Al colocarlo, parte

del líquido se derramará y por lo tanto deberá secar perfectamente el recipiente y el tapón por fuera. Si queda líquido en las paredes externas provocará error en la medición. Asegúrese de que esto no suceda.

4. Mida la masa del picnómetro lleno de líquido. 5. Quite el tapón al picnómetro y sin vaciarlo vuelva a llenarlo completamente. Colóquele

el tapón, séquelo bien por fuera y vuelva a medir su masa. 6. Repita nuevamente el paso 6 para tener cinco mediciones. 7. Mida la temperatura del agua. 8. Con la masa de agua y el volumen correspondiente, encuentre la densidad del agua.

Volumen del pignómetro: ______________ Masa del pignómetro vació: ____________


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Fig. 4.1 Pignómetro

Densidad del agua MEDIDA MASA (g) DENSIDAD

(g/cm3) TEMPERATURA

(º C) 1 2 3 4 5

9. Con los valores de densidad, obtenga:

a) La densidad promedio del agua. b) Su desviación promedio. c) El error porcentual correspondiente.

10. Repita los pasos para el aceite.

Densidad del aceite MEDIDA MASA (g) DENSIDAD

(g/cm3) TEMPERATURA

(º C) 1 2 3 4 5

B) Densidad de agua salada como función de la concentración de sal. 1. Limpie el picnómetro y séquelo. 2. Obtenga diferentes concentraciones de sal en agua para obtener soluciones

aproximadas de 5 g/lt., 10 g/lt., 20 g/lt., 30 g/lt. y 50 g/lt. 3. Determine la densidad de cada concentración utilizando el picnómetro, siguiendo el

procedimiento del paso 3 al 8 de la parte A).


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4. Obtenga una gráfica de la densidad contra la concentración en gramos/litro. 5. Con las masas del líquido y el volumen correspondiente, cada miembro del equipo

calculará la densidad de cada solución de sal.

Densidad del agua salada MEDIDA CONCENTRACIÓN (g/lt) DENSIDAD

(gr/cm3)

TEMPERATUTA (º C)

1 2 3 4 5

6. Con los valores de densidad de la sustancia, obtenga:

a) La densidad promedio del agua. b) Su desviación promedio. c) El error porcentual

PREGUNTAS 1. ¿Compare los resultados para la densidad del agua con los diferentes miembros del

equipo? 2. En qué intervalo de densidad se encuentra la densidad del agua de los miembros del

equipo? (Trabajar sólo con los valores promedios individuales) 3. Considerando la densidad para las diferentes concentraciones de sal, ¿Cuál es el

comportamiento observado de la densidad respecto a la concentración?. De ser posible exprese la relación matemática. Con los resultados obtenidos infiera la concentración equivalente de sal del agua de mar.

4. ¿Cuál es la ventaja del picnómetro en la determinación de densidades en

comparación con la densidad obtenida con el método de la práctica anterior?. 5. ¿Cuál es la diferencia de las densidades del agua obtenidas en las prácticas 3 y 4? 6. ¿Cuál es la diferencia de las densidades del aceite obtenidas en las prácticas 3 y 4?


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PRÁCTICA NÚMERO 6 PRESIÓN

OBJETIVOS 1. Determinar la presión en dos puntos de un tubo en U que contiene dos líquidos

inmiscibles. 2. Determinar la densidad relativa de un líquido inmiscible respecto a otro usando un

tubo en U. MATERIAL 1. Tubo en U. 2. Regla de 30 centímetros. 3. 50 ml de Agua. 4. 90 ml de aceite para muebles (o de olivo). 5. Pipeta de 10 ml 6. Balanza de 0.1 g. 7. Dos vasos de precipitados de al menos 100 ml. INTRODUCCIÓN El tubo en U consiste de un tubo de vidrío o plático transparente doblado en forma de U. Considerando las presiones en ambos brazos del tubo es posible determinar la densidad relativa de dos líquidos inmiscibles midiendo las alturas correspondientes de los líquidos. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Verifique que el tubo en U esté limpio y seco. 2. Mediante la pipeta vierta agua en el tubo en el tubo en U, hasta que llegue hasta la

mitad aproxximadamente de los tubos de vidrio. 3. Enseguida, con la pipeta agregue aceite por un brazo del tubo hasta que este alcance

unos 3 centímetros de altura en el tubo. Observe si las superficies de los líquidos en ambos brazos del tubo en U se encuentran al mismo nivel.

4. Con la regla mida la altura de la columna de aceite y la altura de la columna de agua en el otro brazo del tubo, a partir de la prolongación del nivel de la superficie de separación aceite-agua, como se indica en el diagrama.

5. Agregue tanto aceite como para que la columna del mismo se incremente en 2 centímetros y vuelva a realizar las mediciones indicadas en el paso 4.

6. Agregue otra cantidad similar a la indicada en el paso 5 y realice las mediciones indicadas en el paso 4.

7. Siga agregando aceite hasta agotar la altura del tubo en U 8. Calcule la presión en los puntos a y b usando las parejas de alturas medidas en cada

paso. Use la densidad del aceite y del agua calculadas en la práctica 4. Obtenga la diferencia absoluta de ambas presiones.

9. Con los datos obtenidos, calcule la densidad relativa promedio del aceite respecto a la del agua. Con el valor de la densidad del agua obtenga la densidad absoluta del aceite.


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Fig. 5.1. Tubo en U

Medida ha hb pa pb d = pa − pb 1 2 3 4 5 6 7 8

PREGUNTAS 1. Cuando se vierte agua en el tubo en U ¿Cómo están los niveles del líquido en ambos

brazos del tubo? 2. Una que vez que se ha vaciado aceite en el tubo en U ¿Cómo están los niveles de las

superficies de los líquidos en ambos brazos? ¿Iguales? ¿Alguno está más elevado? 3. ¿A qué se debe el comportamiento anterior? 4. A partir de observar el comportamiento de dos sustancias inmiscibles en el tubo en U

¿es posible saber cuál es más denso y cuál es menos denso? Explique.


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5. En general ¿cómo son las presiones en los puntos a y b, comparativamente? ¿La diferencia promedio obtenida es pequeña o grande respecto a los valores de presión en dichos puntos?

6. ¿Podemos concluir que las presiones en a y b son iguales o diferentes? ¿por qué? 7. Los puntos c y d que se indican en el diagrama ¿se encuentran a la misma presión?

¿por que? 8. ¿Cuáles son las condiciones para que, en un fluido en reposo, dos puntos se

encuentren a la misma presión? 9. ¿En comparación con la determinación de la densidad de un líquido utilizando el

picnómetro, que tan preciso resulta el método del tubo en U para determinar densidades?.

10. ¿ Es importante la tensión superficial de los líquidos utilizados en la determinación de

la densidad utilizando el tubo en U? ¿ Que sucedería si el tubo en U utilizado tiene un diámetro muy pequeño?.


Q.F.B

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PRACTICA 7 PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

OBJETIVOS 1. Verificar experimentalmente la existencia del empuje o fuerza de flotación que sufre un

cuerpo sumergido en un líquido. 2. Obtener el empuje que recibe un cuerpo al sumergirse en líquidos diferentes.

MATERIAL 1. Balanza de precisión de 0.01 gr. 2. 2 vasos de precipitado de 200 ml. 3. 1 probeta graduada de 50 ml. 4. 1 pipeta de 10 ml. 5. Agua 6. alcohol 7. Plastilina 8. 5 Cubos de madera de diferentes tamaños INTRODUCCIÓN Consideremos un objeto que tiene un peso W en el aire. Si se suspende el objeto de una balanza, la lectura de ésta es menor que W, cuando el objeto está sumergido en un fluido. Esto se debe a que el fluido ejerce una fuerza hacia arriba que ayuda a soportar el objeto; esta fuerza se conoce cono fuerza de empuje. La magnitud de la fuerza de empuje siempre es igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo. El principio de Arquímedes establece que un cuerpo sumergido completa o parcialmente en un fluido es empujado hacia arriba con una fuerza igual al peso del fluido desplazado por él. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Con la plastilina forme cinco trozos de diferentes masas. 2. Mida la masa de los trozos de plastilina 3. Mida el volumen de cada trozo de plastilina. 4. Agregue agua al vaso de precipitado cerca de la marca de 100 ml. Con la pipeta

agregue agua hasta obtener los 100 ml. 5. Coloque un trozo de plastilina dentro del vaso de precipitado. 6. Mida el volumen desalojado. 7. Obtenga el empuje del agua. 8. Calcule el peso del agua desalojada usando el volumen del trozo de plastilina y la

densidad del agua. 9. Repita de los pasos 6 al 10 para cada trozo de plastilina. 10. Repita el procedimiento utilizando alcohol y plastilina. 11. Repita el procedimiento para agua y madera. 12. Repita el procedimiento para alcohol y madera


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PLASTILINA SUMERGIDA EN AGUA TROZO VOLUMEN PESO

EN AIRE PESO

EN AGUAEMPUJE

DEL AGUA PESO DEL AGUA

DESALOJADA 1 2 3 4 5

PLASTILINA SUMERGIDA EN ALCOHOL TROZO VOLUMEN PESO

EN AIRE PESO EN

ALCOHOL EMPUJE DEL

ALCOHOL PESO DEL ALCOHOL

DESALOJADO1 2 3 4 5

MADERA SUMERGIDA EN AGUA TROZ

O VOLUMEN PESO

EN AIREPESO

EN AGUA EMPUJE

DEL AGUA PESO DEL AGUA

DESALOJADA 1 2 3 4 5

MADERA SUMERGIDA EN ALCOHOL TROZO VOLUMEN PESO

EN AIRE PESO EN

ALCOHOL EMPUJE DEL

ALCOHOL PESO DEL ALCOHOL

DESALOJADO 1 2 3 4 5


Q.F.B

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PREGUNTAS 1. Compare el empuje del agua con el peso del agua desalojada para el caso de la

plastilina, ¿Cómo son sus valores?. 2. Compare el empuje del alcohol con el peso del alcohol desalojado para la plastilina,

¿Cómo son sus valores?. 3. Compare el empuje del agua con el peso del agua desalojada para el caso de la

madera, ¿Cómo son sus valores?. 4. Compare el empuje del alcohol con el peso del alcohol desalojado para la madera. 5. Estime a partir de los datos la densidad del alcohol, ¿Cómo son sus valores?. 6. ¿Por qué son diferentes los empujes que sufre un trozo de plastilina en agua y en

alcohol? 7. Un pedazo de hielo flota en agua contenida en un recipiente. Al derretirse el hielo

¿Qué ocurre con el nivel del agua?


Q.F.B

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PRÁCTICA NÚMERO 8 DILATACIÓN Y TERMOMETROS

OBJETIVO 1. Calibrar termómetros de sustancias desconocidas a partir de la dilatación de la

sustancia con la variación de la temperatura MATERIAL 1. 2 Termómetros sin graduación de sustancias desconocidas 2. 1 Termómetro graduado –10°C a 110 °C 3. 1 Parrilla eléctrica. 4. 1 Recipiente metálico 5. 2 Vasos de precitado de 200 ml. 6. Agua 7. Hielos INTRODUCCIÓN Cuando se habla de la temperatura de un objeto a menudo se asocia este concepto con lo “caliente” o “frío” que se siente al tocarlo. Así, nuestros sentidos nos porporcionan una indicación cualitiativa de la temperatura; sin embargo, éstos no son confiables. Los termómetros son dispositivos utilizados para definir y medir la temperatura de un sistema. En todos los sistemas se aplica el hecho de que alguna propiedad física cambia con la temperatura. El nombre general de las propiedades de este tipo es el propiedades termométricas. El termómetro más común en el uso cotidiano consta de una masa de mercurio que al calentarse dentro de un tubo capilar de vidrio se dilata. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Considere los dos temómetros sin calibrar y etiquetelos como A y B, respectivamente.

Llame C al termómetro calibrado 2. Tome un temómetro sin calibrar e introduzcalo en los hielos y marque con una línea la

altura que alcanza el fluido, correspondiente al punto de fusión del agua. 3. Introduzca ahora el termómetro en agua hirviendo, tenga cuidado de no lastimarse.

Marque con una línea la altura que alcanza el fluido, correspondiente al punto de ebullición del agua.

4. Divida la diferencia de alturas para obtener una escala del termómetro. 5. Introduzca ahora el termómetro ya calibrado en agua caliente y registre la temperatura

que marca el termómetro. 6. Mida la temperatura del agua con el termómetro graduado y comparare con la

obtenida en el punto anterior. 7. Obtenga la diferencia absoluta de ambas temperaturas. 8. Incremente la temperatura del agua y repita los pasos 5 al 7, hasta obtener 5

mediciones. 9. Repita los pasos 2 al 8 de calibración y verificación de ésta con el otro termómetro sin

graduar


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NUMERO

DE MEDICION

TEMPERATURA DEL TERMOMETRO SIN

GRADUAR TA

TEMPERATURA DEL TERMOMETRO

GRADUADO TC

CA T - T=d

1 2 3 4 5

NUMERO DE

MEDICION

TEMPERATURA DEL TERMOMETRO SIN

GRADUAR TB

TEMPERATURA DEL TERMOMETRO

GRADUADO TC

CB T - T=d

1 2 3 4 5

PREGUNTAS 1. ¿Cómo es la diferencia de temperaturas entre los termometros A y C? 2. ¿Cuál es la diferencia promedio de temperaturas entre los termometros A y C? 3. ¿Cómo es la diferencia de temperaturas entre los termometros B y C? 4. 5. ¿Cuál es la diferencia promedio de temperaturas entre los termometros B y C? 6. Considere las dos diferencias promedio de los termómetros, ¿Cuál diferencia es

menor? 7. De sus observaciones, ¿Cuál termometro estuvo mejor calibrado?. Explique 8. ¿A que factores atribuye la diferencia de temperaturas entre los termómetros

calibrados y el termómetro graduado?


Q.F.B

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PRACTICA 9 GASES IDEALES

OBJETIVOS 1. Comprender el comportamiento de los gases ideales. 2. Comprobar las leyes de los gases ideales MATERIAL 1. 1 termometro –10º C-110º C 2. 1 Jeringa de 25 ml 3. 1 Jeringa de 10 ml 4. Un trozo de plastilina Nota: el material es individual, excepto el termómetro INTRODUCCION Los gases se caracterizan con los parámetros macroscópicos masa, volumen, presión y temperatura. La ecuación que relaciona estas cantidades es conocida como la ecuación de estado y su expresión más sencilla se tiene cuando el gas se mantienen a una presión baja (o densidad baja). Comúnmente, a un gas a tan baja densidad se le llama gas ideal. La mayoría de los gases a temperatura ambiente y a la presión atmosférica se comportan como gases ideales. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Llene la jeringa con 20 ml de aire. 2. Con su mano selle la jeringa. 3. Registre la temperatura. 4. Comprima el gas todo lo que pueda, anote su resultado. 5. Obtenga el número de moles que se encuentran encerrados en la jeringa 6. Obtenga con los datos de las condiciones iniciales, la presión final 7. Repita el proceso para volúmenes distintos de aire.

MEDICION Vi (ml) Vf (ml) n (moles) Pf 1 2 3 4 5

5. Llene la jeringa con 20 ml de aire. 6. Comprima el gas, registre el valor del volumen. 7. Suelte el émbolo de la jeringa y registre el valor del volumen al cual se expande el

volumen.


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8. Repita de los pasos 5 al 7 para volúmenes distintos de gas.

MEDICION Vinicial (ml) Vcomprimido (ml) Vfinal (ml) 1 2 3 4 5

9. Llene las dos jeringas a la mitad de su capacidad y registre los valores. 10. Junte las dos jeringas y sellelas con la plastilina. 11. Empuje el émbolo de una de las jeringas y observe que sucede, registre los valores de

los volúmenes finales de las jeringas. 12. Ahora empuje el émbolo de la otra jeringa y observe que sucede, registre los valores

de los volúmenes finales de las jeringas. PREGUNTAS 1. ¿A que presión se encuentra el gas en el paso 2? 2. ¿Cuál es el valor del volumen mínimo al cual puede comprimir el gas? 3. Al comprimir el gas y soltar el émbolo, ¿teóricamente hablando cual debe ser el

volumen final del gas?, ¿corresponden sus valores observados con la teoría?. Explique

4. Cuando junta las jeringas, ¿cuál es el volumen total de las jeringas? 5. Después de empujar el émbolo de una de las jeringas, ¿cuál es el volumen total?


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PRACTICA 10 CRISTALES DE SAL

OBJETIVO 1. Obtener cristales de sal MATERIAL 1. Agua 2. Sal de grano 3. Vasos transparentes grandes (o frascos) 2 4. Lápiz 1 5. Clip 1 6. Cuchara 1 INTRODUCCIÓN Comúnmente se dice que la mayoría de los sólidos son cristalinos; en el sentido de la clasificación tradicional sólido-líquido-gas de la materia, esto es cierto. Los sólidos que tienen una brusca transición (una con calor latente) hacia una fase líquida o vapor son cristalinos, en el sentido de que su estructura atómica se basa en un patrón repetido con regularidad, aun cuando no se manifieste una forma cristalina externa. Así un cristal es una estructura regularmente repetida, a una escala atómica. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. En un vaso agregue agua hasta la mitad. 2. Agregue una cucharada de sal al agua. No mezcle y observe. 3. Mezcle con la cuchara por un par de minutos. Observe que pasa. 4. Agregue otra cucharada de sal y agite hasta que desaparezca la sal completamente. 5. Repita la operación varias veces hasta que observe que la sal no se disuelve más y

queda depositada en el fondo del vaso. Una vez que haya llegado a este punto siga agitando un rato más y después deje reposar unos minutos.

6. Vacíe el contenido en otro vaso cuidando de que no se pase nada de la sal que esta depositada en el fondo.

7. Ate un extremo del hilo al lápiz y el otro al clip. 8. Introduzca el clip en el vaso con la solución de manera que al apoyar el lápiz en el

borde del vaso, el clip quede colgando a la mitad de la solución. 9. Coloque el vaso en algún lugar y no lo mueva por ningún motivo. 10. Espere una semana y observe lo que pasó tratando de no mover el vaso. 11. Seguramente observará que parte de la sal se ha depositado en el fondo del vaso,

pero otra parte se habrá depositado sobre el clip y el hilo sumergido formando cristales de sal. Es muy probable que alguno de esos cristales tenga la forma de un cubo perfecto. Trate de estimar cuanto miden y vuelva a observar al cabo de una semana. Los cristales seguirán creciendo.

12. También va a observar que los cristales se forman fuera del agua. 13. Es probable que se forme corales de sal.


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PREGUNTAS 1. ¿Qué es lo que observa al vaciar la sal al agua y no mezclar (paso 2)? 2. ¿Qué observa la mezclar la sal y el agua (paso 3)? 3. ¿Qué es una solución saturada? 4. ¿Logró observar que se depositará sal en el clip y en el hilo? 5. ¿Logró observar los cristales de sal en forma de cubo perfecto? 6. ¿Cuánto estima que eran las medidas del cubo a la primera semana? 7. ¿Cuánto estima que eran las medidas a la segunda semana? 8. ¿Logró observar cristales fuera del agua?, ¿Porqué es posible que esto suceda? 9. ¿Logro observar la formación de corales?, ¿Qué dimensiones aproximadamente

tenían? BIBLIOGRAFÍA BÁSICA: 1. Saveliev I.V., Curso de Física general, Vol. II, Mir, Moscú, 1989, ISBN 5-03-000884-5. 2. Frederick J. Bueche, Fundamentos de Física, Vol. II, Mc Graw Hill, México, 2000,

ISBN 968-451-183-3, 2000. 3. David Halliday, Robert Resnick, Física, Vol. II. CECSA, México, 2000. 4. L. Landau, A. Ajiezer, E. Lifshitz, Curso de Física General. Mecánica Física Molecular.

Mir, Moscú,1989. 5. B. M. Yavorski, A. A. Pinski, Fundamentos de Física, Vol. II, Mir, Moscú, 1983. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA: 6. Marcelo Alonso, Edward J. Finn, Física, Vol. II Addison Wesley Iberoamericana,

México, 1995 ISBN – 0201-0028-7. 7. Eugene Hecht, Física, Álgebra y Trigonometría, Vol. II, ITP, México, 2001. 8. Paul G. Hewitt, Física Conceptual, Addison Wesley Longman, México, 1999, ISBN

968-444-280-7. 9. D.C. Baird, Experimentación, P.H.P, México, ISBN 968-880-223-9, 2000 Susan M. Lea, John Robert Burke, Física, Vol. II, La naturaleza de las cosas. ITP, México, 1999, ISBN968-7529-38-5.

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