UNIVERSIDAD NACIONALDE INGENIERIAFacultad de IngenieraMecnica

Curso: Fsica II Tema: Densidad y Tensin superficialIntegrante:

Huayta Rivera Oki Antonio Cdigo: 20122619J

Profesor: Vsquez Alva Daro Seccin: F

2015-INDICE

INTRODUCCIN...3

OBJETIVOS....5

FUNDAMENTO TEORICO...6

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL....9

CLCULOS Y RESULTADOS...10

OBSERVACIONES......15

CONCLUSIONES.15

RECOMENDACIONES........15

BIBLIOGRAFA.....16

INTRODUCCIN

En el presente informe se hallara la densidad de un cuerpo (masa/volumen) por medio de procesos en el cual se aplicara momentos de fuerza y el principio de Arqumedes. Estos temas tendrn que estar en el conocimiento de los alumnos que realizaran en el experimento.

En fsica se denomina tensin superficial al fenmeno por el cual la superficie de un lquido tiende a comportarse como si fuera una delgada pelcula elstica. Este efecto permite a algunos insectos, como elzapatero, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad, por ejemplo. A nivel microscpico, la tensin superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molcula son diferentes en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno de un lquido cada molcula est sometida a fuerzas de atraccin que en promedio se anulan. Estopermite que la molcula tenga una energa bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del lquido. Rigurosamente, si en el exterior del lquido se tiene un gas, existir una mnima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a lagran diferencia de densidades entre el lquido y el gas. La tensin superficial tiene como principal efecto la tendencia del lquido a disminuir en loposible su superficie para un volumen dado, de aqu que un lquido en ausencia de gravedad adopte la forma esfrica, que es la que tiene menor relacin rea/volumen. Energticamente, las molculas situadas en la superficie tiene una mayor energa promedio que las situadas en el interior, porlo tanto la tendencia del sistema ser a disminuir la energa total, y ello selogra disminuyendo elnmero de molculas situadas en la superficie, de ahla reduccin de rea hasta el mnimo posible.

DENSIDAD Y TENSION SUPERFICIAL

OBJETIVOS

Densidad: Determinar la densidad de los cuerpos utilizando el peso y la fuerza de empuje aplicada al cuerpo cuando est sumergido en el lquido.

Tensin superficial: Determinar la tensin superficial por medio de torques. Hallar el coeficiente de dilatacin lineal.

FUNDAMENTO TEORICO

Momento o torque de una fuerza:

Se denominamomento de una fuerza(respecto a un punto dado) a unamagnitudvectorial, obtenida como producto vectorial del vector de posicin del punto de aplicacin de la fuerza (con respecto al punto al cual se toma el momento) por el vector fuerza, en ese orden.Se define el torque de una fuerza respecto de un punto O, como:

Principio de Arqumedes:

Establece que cuando un objeto se sumerge total o parcialmente en un lquido, ste experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del lquido desalojado. La mayora de las veces se aplica al comportamiento de los objetos en agua, y explica por qu los objetos flotan y se hunden y por qu parecen ser ms ligeros en este medio.El concepto clave de este principio es el empuje, que es la fuerza que acta hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando ste se encuentra en el agua.Un objeto flota si su densidad media es menor que la densidad del agua. Si ste se sumerge por completo, el peso del agua que desplaza (y, por tanto, el empuje) es mayor que su propio peso, y el objeto es impulsado hacia arriba y hacia fuera del agua hasta que el peso del agua desplazada por la parte sumergida sea exactamente igual al peso del objeto flotante.

: Fuerza de empuje.: Densidad del lquido desalojado.: Volumen del lquido desalojado.: Gravedad.

Tensin superficial:

Se entiende por tensin superficial la fuerza que se ejerce en la superficie de los lquidos por unidad de longitud. Viene medida en Nm-1. Consideremos una molcula G, situada en el interior de un lquido Las intensas fuerzas intermoleculares determinan una resultante nula (F y -F); cuando la molcula est situada en una zona prxima a la superficie, como en la molcula G', las fuerzas no se anulan. Si la molcula est en la superficie, el conjunto de estas fuerzas da una resultante F, dirigida hacia el interior del lquido.Esta fuerza que acta tangencialmente en la superficie del lquido, y tiende a contraerla, es la tensin superficial del lquido.

El mtodo de Du Nouy es uno de los ms conocidos. Se mide la fuerza adicional Fque hay que ejercer sobre un anillo de aluminio justo en el momento en el que la lmina de lquido se va a romper.

La tensin superficial del lquido se calcula a partir del dimetro 2Rdel anillo y del valor de la fuerza Fque mide el dinammetro.

El lquido se coloca en un recipiente, con el anillo inicialmente sumergido. Mediante un tubo que hace de sifn se extrae poco a poco el lquido del recipiente.

En la figura se representa:

1) El comienzo del experimento2) Cuando se va formando una lmina de lquido.3) La situacin final, cuando la lmina comprende nicamente dos superficies (en esta situacin la medida de la fuerza es la correcta) justo antes de romperse.Si el anillo tiene el borde puntiagudo, el peso del lquido que se ha elevado por encima de la superficie del lquido sin perturbar, es despreciable

ESQUEMADensidadEquilibrar cuerpo x con el contrapeso CRetirar cuerpoEquilibrar contrapeso C con los jinetillosAnotar peso de jinetillos y distancia al punto de equilibrioRepetir la operacin pero con los objetos sumergidos en un recipiente con aguaTensin superficialEquilibrar el anillo con el contrapeso C y un vasito vacioLlenar el vaso de agua hasta que se restablezca el equilibrioLlenar arena en el vasito vacio hasta que se desprenda el anilloRetirar el anillo y reestablerc equilibrio con jinetillosAnotar los datos

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

DETERMINACIN DE LA DENSIDAD DE UN CUERPOMATERIALES: Tres objetos cuyas densidades se desea conocer. Un vaso grande. Jinetillos de distintas masas. Una balanza de tipo Mohor WestphalDETERMINACIN DE LA MASA DE UN CUERPO: Comenzaremos equilibrando el brazo de la balanza utilizando el disco que se encuentra en el extremo opuesto a la masa suspendida, esto lo haremos ajustando este disco mediante rotaciones para hacer variar su posicin, hasta que el brazo quede horizontal. Seguidamente retiraremos el cuerpo suspendido (el brazo perder el equilibrio), y restableceremos el equilibrio mediante jinetillos que sern colocados en el brazo.DETERMINACIN DEL EMPUJE: Nuevamente equilibraremos la balanza siguiendo los pasos dichos anteriormente. Colocaremos el vaso grande lleno de agua debajo del cuerpo que se encuentra colgado en el extremo del vaso, de tal manera que este se encuentre totalmente sumergido (se observara que el brazo se inclina ligeramente hacia arriba), y con los jinetillos haremos que el brazo vuelva a su posicin inicial.DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE TENSION SUPERFICIALMATERIALES: Una balanza de tipo Mohor Westphal Un recipiente con agua, y un poco de detergente Un recipiente vaco Una pipeta Un vasito de plstico Arena Un anillo Un dispositivo formado por dos tubitos con hilo y un soporteMETODO 1: Armaremos un sistema que conste de una balanza, con un balde colgado en unos de sus extremos y un anillo en el otro (este debe estar paralelo a la base de la balanza). Colocaremos un vaso grande lleno de agua debajo del anillo de tal manera que este ingrese ligeramente al agua, para esto contrapesaremos el peso del balde con un jinetillo. Seguidamente colocaremos poco a poco arena en el balde hasta que el anillo deje de tener contacto con el agua. Luego retiraremos el agua y volveremos a equilibrar la balanza con losjinetillos.METODO 2: Sumergimos el dispositivo formado por los tubitos y el hilo en una mezclajabonosa. Posteriormente colgaremos el tubo ya sumergido y mediremos la distancia entre los tubitos, la separacin mnima entre los hilos y la longitud de un hilo.

CALCULOS Y RESULTADOS

DETERMINACIN DE LA MASA DE UN CUERPO:

a) Determinar la densidad de cada una de las dos muestras metlicas.

Calculo de las masas:

Bronce

Plomo

Calculo del empuje y densidad:

Bronce

Plomo

b) Una ambas muestras y suponiendo desconocido sus pesos y volmenes individuales, medir el peso total y el empuje sobre el conjunto para luego calcular el peso de cada uno de ellos utilizando las densidades respectivas encontradas en (a).

Calculo de la masa total:

Calculo del empuje:

De (1) y (2)

c) Determine la densidad de un cuerpo de menor densidad que la del agua. Para ello unir el cuerpo con cada una de las muestras anteriores cuyo peso y densidad ya son conocidas.

DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE TENSION SUPERFICIAL

MTODO 1

Pero:

MTODO 2Para poder hallar el coeficiente de tensin superficial consideraremos a la curva que se forma, como un arco de circunferencia:

En la vertical:. (1)En la horizontal:. (2)

Despejamos T de (2), lo reemplazamos en (1) y despejamos :

Analizando el tringulo tenemos:

Despejando R, tenemos:

Reemplazamos R en :

Ahora reemplazamos en , con lo que nos queda:

Ahora que hemos hallado a que es igual el coeficiente de tensin superficial procederemos a reemplazar nuestros datos.10 cm

10 cm7 cm

OBSERVACIONES

Notamos que el plomo y el bronce se llegan a hundir completamente en el lquido mas no el tecnopor. Al llenar lentamente el recipiente con el lquido, el objeto es atrado al primer contacto con el lquido.

CONCLUSIONES

En este experimento se puede comprobar empricamente la aplicacin del principio de Arqumedes, asimismo la existencia de un rango de error en el clculo de las masas y densidades esto se debe en parte a la falta de exactitud en las mediciones y a la falta de instrumentos que tengan un mayor grado de precisin, pero a pesar de ello se logr una aproximacin vlida. El principio de Arqumedes es aplicable para explicar diversos fenmenos que se pueden apreciar en la realidad como por ejemplo porque flotan los barcos. Tenemos varias formas de calcular la tensin superficial de un lquido, aun siendo las dos algo inexactas, pueden servirnos para ciertos clculos. La densidad, es la relacin masa volumen de un cuerpo, pudiendo ser medida de distintas maneras. Al agregar detergente (sustancia tenso activo), el agua cambia su tensin superficial. Cuando un cuerpo se sumerge en un lquido, este experimenta una fuerza vertical hacia arriba igual al peso del lquido desalojado.

RECOMENDACIONES

Tratar de tener cuidado con el recipiente, ya que est lleno de agua y esta podra derramarse. Al restablecer el equilibrio con los jinetillos estos debern estar secos, para que el resultado sea ms exacto, debido a que si estuvieran mojados variara un poco la masa. Cuando realizamos el experimento con el tecnopor este no se sumerge completamente por lo que se recomienda adicionarle masa con otro material usado en el experimento como el plomo o el bronce.

BIBLIOGRAFIA

MARCELO ALONSO- EDWARD FINN, FISICA (Mecnica tomo1), Editorial Fondo Educativo Interamericano, ao 1976, Pg.: 360-389.

DAVID HALLIDAY-ROBERT RESNICK- KENNETH CRANE Fsica parte I. Editorial CECSA. 1994.

SEARS ZEMANSKYYOUNGFEEDMAR Fsica Universitaria ,volumen1 Pg. 416-218

TIPLER MOSCA, Fsica para la Ciencia y Tecnologa, volumen1 Pg. 350-351

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/din_rotacion/alargamiento/alargamiento.htm