5to informe de fisica

[Densidad y Tensión Superficial] UNI-FIM

“Año de la Consolidación Económica y

Social del Perú”

FACULTAD DE INGENERÍA MECÁNICA

5to Informe de Física II

Densidad y Tensión Superficial

PROFESOR: Pachas Salhuana, José Teodoro

INTEGRANTE: Carrera Zavaleta, José Dyago

SECCION: C

Lima – Perú 2010

FUNDAMENTO TEORICO

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DENSIDAD

En física la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega y denominada en ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. En términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de espuma.

Densidad absoluta

La densidad es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuente y coloquialmente se expresa en g/cm3. La densidad es una magnitud intensiva.

Usos

Densidad absoluta

La densidad o densidad absoluta expresa la masa por unidad de volumen.

Donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del cuerpo.

Densidad relativa

La densidad relativa es también llamada gravedad específica o peso específico, y es la relación entre la densidad de una sustancia y la de otra, tomada como patrón. Generalmente para sólidos y líquidos se emplea el agua destilada, y para gases, el aire o el hidrógeno.

Donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad absoluta, y ρ0 es la densidad de la sustancia.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/L.

Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

LA TENSIÓN SUPERFICIAL

Una molécula en el interior de un líquido está sometida a la acción de fuerzas atractivas (lo que hemos denominado como cohesión) en todas las direcciones, siendo la resultante de todas ellas nula. Pero si la molécula está situada en la superficie del

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líquido, sufre un conjunto de fuerzas de cohesión, cuya resultante es perpendicular a la superficie, experimentando pues una fuerza dirigida hacia el líquido. De aquí que sea necesario consumir cierto trabajo para mover las moléculas hacia la superficie venciendo la resistencia de estas fuerzas, por lo que las moléculas de la superficie tienen más energía que las interiores.

Se define cuantitativamente la tensión superficial como el trabajo que debe realizarse para llevar moléculas en número suficiente desde el interior del líquido hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie.

Debido a estas fuerzas, la superficie tiende a contraerse y ocupar el área más pequeña posible. Si se trata de una gota libre, tiende a tomar la forma esférica como veremos a continuación.

Un alfiler puede por la tensión superficial líquida, flotar sobre la superficie del agua, a pesar de ser la densidad del acero mucho mayor que la del agua, y cuando el alfiler cae al fondo se observa que lo hace con la punta hacia abajo porque perfora esta especia de película donde se ejerce la tensión superficial.

Si lanzamos un trazo de papel al agua este no caerá al fondo sino que al ser su peso muy escaso, respecto a la tensión superficial flotará.

Otro caso muy peculiar donde se comprueba la aplicación de la tensión superficial es en las arañas de agua que circulan por gran parte de los ríos (yo lo he podido comprobar concretamente en el río Tormes a su paso por Hoyos del Espino). Estas criaturas se pasean por la superficie del agua como si estuvieran caminando por ella. Por alguna razón sus pies no son mojados por el agua, formando ondas esféricas al andar que mantienen a flote a cada uno de ellos. Se puede comprobar que el peso de la araña es el mismo que el peso de la superficie de agua de estas ondas. Por tanto la tensión superficial generada con la creación de estas ondas es la que soporta el peso y mantiene a flote a dichos animales.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

a) Determinar la densidad de cada una de las dos muestras metálicas utilizando los pasos (I) y (II).

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b) Determinar la densidad de un cuerpo de menor densidad que la del agua. Para ellos unir el cuerpo con cada una de las muestras anteriores cuyo peso y densidad ya son conocidas y repetir el paso (I) y (II).

SOLUCIÓN

Con las masas halladas al aplicar momentos, tenemos:Masa del bronce: 20.61gMasa del plomo: 38.37gMasa del tecnhopor: 2.56

También necesitamos el empuje para relacionar con el peso y así hallar lo que nos piden.

Calculo del empuje:PLOMO

10-3[ Ma(x) + Mb(2x) + Mc(4x) + Md(9x) + Me(10x) ].g = ( mg-E).10x10-3[10x + 10,2(2x) + 20.5(4x) + 10.6(9x)+20(10x)].9.81 =(38,37.10-3.9,81- EPb).10x

Entonces el empuje del Plomo:

EPb = 0.0236

BRONCE

Procedemos hallar el empuje análogamente como para el Plomo. Entonces reemplazando los valores de masa y distancias tenemos:

9,81.10-3[10.2(3x) + 0.6(6x) + 20.5(7x)] = (20,61.9,81.10-3 - Eb).10x

Entonces el empuje para el Bronce:

Eb = 0.02786

TECNHOPOR

9,81.10-3[10,2(4x) + 0.6(7x) + 10.2(8x)] = (m1g +m2g-E1-E2).10x

Donde:E1 = empuje del bronce E2: empuje del tecnhoporm1: masa del bronce m2: masa del tecnhoporg: gravedad

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Entonces reemplazando los datos.El empuje para el tecnhopor : Et = 0.273603

a) Densidad del Plomo :Tenemos que:

EPb = 0.0236 = DH2O.g.Vs…………(I)WPb =0.2022 = DPb.V.g …………...(II)

(II) /I 0.2022/0.0236 = DPb/DH2O ya que Vs = V

Dpb = 8,57g/cm3 EPb: empuje del plomo DPb: Densidad del plomo

Densidad del Bronce:

Eb = 0.0279 = DH2O.g.Vs…………...(III)

Wb = 0.2022 = Db.V.g………………..(IV)

(IV)/(III)

0.2022/0.0279 = Db/ DH2O

Db = 7,25g/cm3

Eb: empuje del bronce

Db: densidad del bronce

b) Densidad de un cuerpo de menor densidad que la del agua

Densidad del tecnhopor:

Et = 0.273603 = DH2O.g.Vs………….(V)

Wt = 0,0251 = Dt.V.g…………………(VI)

(VI)/ (V)

0.0251/0.2736 = Dt/DH2O

Dt = 0.09g/cm3

Et: empuje del tecnhopor

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Dt: Densidad del tecnhopor

OBSERVACIONES

Al llenar lentamente de liquido el recipiente, y al primer contacto liquido y objeto, esta es atraída.

Notamos que el plomo y bronce se llegan a hundir completamente en líquido más no el tecnopor.

CONCLUSIONES

La atracción del objeto se debe a la fuerza de la tensión superficial.

El cobre y el plomo se hunden debido a su mayor densidad mientras que el tecnopor tiene su densidad menor que del agua.

Conocemos la densidad de la ecuación del empuje, que a su vez esta se determina de la igualdad de fuerzas en el equilibrio.

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