medida de la densidad un sólido y de un líquido practica 2
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21/02/13 Medida de la densidad un sólido y de un líquido
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Medida de la densidad un sólido y de un líquido
Fluidos
Estática de fluidos
Principio de Arquímedes
Medida de la densidad de un líquido y un sólido
Flotación entre dos líquidosno miscibles
Equilibrio de una varillaparcialmente sumergida
Movimiento de un cuerpoen el seno de un fluido ideal
Movimiento de una burbujaen un fluido viscoso
Flotación de un barco
Oscilaciones de una boya
Oscilaciones de una esfera
El diablillo de Descartes
Medida de la densidad de un líquido
Medida de la densidad de un sólido
Referencias
En este página, se explica el funcionamiento de un aerómetro mediante un modelo simple, consistente en uncilindro de densidad y altura fijados por el programa interactivo. Este es un ejercicio sencillo de aplicación delprincipio de Arquímedes.
A continuación, se describe otro procedimiento de medida de la densidad de un sólido
Medida de la densidad de un líquido
Hemos estudiado cómo se calcula la densidad de un cuerpo sólido, veamos ahora como se determina ladensidad de un fluido.
Para un cuerpo en equilibrio que flota sobre la superficie de un líquido, tenemos que el peso es igual al empuje
mg=rfVg
Conocida la masa del cuerpo y el volumen de la parte sumergida, podemos determinar la densidad del líquido.En esto se basan los aerómetros o flotadores de masa conocida que se sumergen en el líquido de densidaddesconocida. Disponen de una escala graduada, que nos proporcionan mediante lectura directa la densidaddel líquido. La superficie libre del líquido marca el valor de la densidad en la escala del aerómetro.
Dependiendo de la aplicación concreta los aerómetros reciben nombres específicos: alcohómetros,sacarímetros, etc.
Nuestro aerómetro es un sólido de forma cilíndrica de 25 cm de altura y
densidad 0.5 g/cm3 que se sumerge parcialmente en el líquido cuyadensidad se quiere determinar.
Midiendo en la escala graduada la parte del cilindro que está sumergidapodemos fácilmente determinar la densidad del fluido.
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El cuerpo está en equilibrio flotando en el líquido, bajo la acción de dos fuerzas, su peso y el empuje del fluido.
peso=empuje
rsgSh=rf·gSx
rsh=rf x
Donde rs es la densidad del cuerpo sólido, S su sección, h su altura. rf es la densidad del fluido y x la parte
del sólido que está sumergido en el líquido.
Ejemplo:
Sea agua el líquido de densidad desconocida
Observamos que el cilindro se sumerge hasta una altura x=12.5 cm
0.5·25=rf 12.5
Se despeja rf =1.0 g/cm3
Actividades
Se selecciona el fluido cuya densidad deseamos conocer en la lista de líquidos: agua, aceite, alcohol,
glicerina.
La densidad del sólido se ha fijado en rs=0.5 g/cm3
La altura del cuerpo sólido de forma cilíndrica se ha fijado en h=25 cm
Se pulsa el botón titulado Nuevo.
Se lee en la escala la longitud x del cuerpo cilíndrico que está sumergido y se calcula densidad del líquido rf.
Se pulsa el botón titulado Respuesta, para conocer el valor de la densidad del líquido que hemos
seleccionado y compararlo con el valor que hemos calculado.
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Medida de la densidad de un sólido
En la página titulada “La balanza. Medida de la densidad de un sólido” se ha estudiado el procedimiento de medidade la densidad de un cuerpo sólido, con una balanza ordinaria:
1. Se pesa el cuerpo sólido y se anota la lectura en gramos m=F de los indicadores de la balanza cuando subrazo está horizontal en equilibrio.
2. Se sumerge el cuerpo completamente en agua (densidad 1.0 g/cm3), y se anota la lectura F’
La diferencia V=F-F’ es el volumen del cuerpo expresado en cm3.
La densidad es el cociente ρ=m/V (g/cm3)
En esta sección, se mide la densidad ρ>1.0 de un cuerpo sólido por otro procedimiento, empleando una balanzaelectrónica.
1. Llenamos un recipiente parcialmente de agua y lo colocamos sobre una balanza electrónica, poniendo a ceroel indicador del peso.
2. Atamos un hilo a un cuerpo sólido, lo sumergimos completamente en agua pero sin tocar el fondo, anotamosla lectura de la balanza V.
3. Soltamos el cuerpo, dejando de tirar del hilo, de modo que descanse en el fondo del recipiente, anotamos la
lectura de la balanza m.
La densidad del cuerpo es el cociente entre la segunda lectura y la primera. ρ=m/V
Discusión
Cuando un cuerpo está suspendido en el fluido completamente sumergido pero sin tocar el fondo, las fuerzas sobreel cuerpo son:
La tensión del hilo T
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El peso mg
El empuje E=ρf·g·V, siendo ρf=1.0 g/cm3 la densidad del líquido (agua)
El cuerpo está en equilibrio, suspendido del hilo T=mg-ρf·g·V
El líquido ejerce una fuerza E=ρf·g·V sobre el cuerpo cilíndrico, por la tercera ley de Newton, el cuerpo ejerce una
fuerza igual y de sentido contrario sobre el líquido
La balanza electrónica mide la fuerza F1=ρf·g·V
Cuando el cuerpo descansa en el fondo. La balanza electrónica mide el peso del
cuerpo F2=mg=ρV·g
La densidad del sólido ρ es el cociente F2/F1, si el líquido es agua ρf=1.0 g/cm3
Actividades
Se selecciona el sólido cuya densidad deseamos conocer en la lista de materiales: hierro, oro, plomo, etc...
La densidad del líquido (agua) se ha fijado en rf=1.0 g/cm3
La altura del cuerpo sólido de forma cilíndrica se ha fijado en h=1.0 cm
Se pulsa el botón titulado Nuevo.
Se arrastra con el puntero del ratón un pequeño círculo de color rojo, introduciendo el bloque en el fluido. Simula
una cuerda que sostiene el bloque cuya densidad es mayor que la del fluido. Cuando llega al fondo, se deja de tirarde la cuerda (desaparece el círculo de color rojo), el bloque descansa en el fondo del recipiente.
Se calcula la densidad del sólido a partir de la lectura de la balanza electrónica:
1. Cuando el cuerpo está suspendido del hilo en el líquido, completamente sumergido2. Cuando el cuerpo descansa en el fondo del recipiente
Se pulsa el botón titulado Respuesta, para conocer el valor de la densidad del sólido que hemos seleccionado y
compararlo con el valor que hemos calculado.
21/02/13 Medida de la densidad un sólido y de un líquido
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Arrastrar con el puntero del ratón el círculo de color rojo
Referencias
Noll E. D. Confronting the bouyant force. The Physics Teacher, Vol 40, January 2002, pp. 8-10