Lab Fisica

BALANZA DE JOLLY

I. OBJETIVOS.

1. Determinar la densidad de los cuerpos geométricos la balanza de Jolly.

II. FUNDAMENTO TEORICO.

1. Densidad
Masa de un cuerpo por unidad de volumen. En ocasiones se habla de la densidad relativa que es la relación entre la densidad de un cuerpo y la densidad del agua a 4 °C que se toma como unidad.

Como un centímetro cubico de agua a 4°C tiene una masa de 1 g, la densidad relativa de la sustancia equivale numéricamente a su densidad expresada en gramos por centímetro cubico.

La densidad puede obtenerse de varias formas. Por ejemplo, para objetos macizos de densidad mayor que el agua, se determina primero su masa en una balanza, y después su volumen, este se puede calcular a través del cálculo si el objeto tiene formageométrica, o sumergiéndolo en un recipiente calibrándolo, con agua, y viendo la diferencia de altura que alcanza el líquido. La densidad es el resultado de dividir la masa por el volumen. Para medir la densidad de líquidos se utiliza el densímetro, que proporciona una lectura directa de la densidad.
2. Hidrostática

Es una parte de la mecánica de fluidos (líquidos y gases)que tiene la finalidad deanalizar el comportamiento y efectos físicos que originan los fluidos en estado de reposo.

La estática de los fluidos consta de las siguientes partes:

a. Hidrostática: estudia a los fluidos en reposo relativo.
b. Neumostática: Estudia a los gasas en reposo relativo.

3. Principio de Arquímedes.

Un cuerpo parcialmente o totalmente sumergido en un líquido de densidad ρLexperimenta una fuerza de empuje E hacia arriba igual al peso del fluido desalojado W| esto es:

E = W 1.
El peso del líquido es W = mg 2.
De la densidad se tiene ρ= mV → m = ρV 3.
Combinando las ecuaciones 3,2 y 1 se tiene:
E = ρgV 4.
4. Balanza de Jolly

Consta de un resorte de longitud natural Lo y de constante elástica k. Este resorte se cuelga verticalmente de unsoporte y en su extremo libre se acopla un cuerpo de peso W, produciéndose una elongación X1. A continuación, el cuerpo se sumerge completamente en un líquido, por ejemplo agua, lográndose una nueva elongación X2.

Los diagramas de cuerpo libre para las posiciones b y c son:

Cuerpo colgado en el aire.
FR= KX1
FR= KX1

W
W

Para la situación de fuerzas presentes son dos el peso del bloque, W,y la fuerza recuperadora del resorte FR = KX1 Ya que el sistema está en equilibrio, el balance de fuerzas resulta:

W = FR
W = KX1 (2)

FR= KX1
FR= KX1
Cuerpo sumergido en agua.

E
E

W
W

En la situación del bloque sumergido en agua, actúan tres fuerzas: el peso del bloque W, la fuerza recuperadora del resorte FR| = KX2, el empuje E del fluido, de nuevo el sistema está enequilibrio y el balance de fuerzas es:

W = FR| + E
W = KX2 + E (3)

Sustituyendo (2) en (3) y despejando el empuje E

E = K (X1 –X2) (4)

Por otro lado si realizamos el cociente del peso del cuerpo Wc = mcg = ρcVcg entre el empuje del fluido E = ρLgVs, se obtiene:

WE=ρoρL

Nótese que Vs = Vc ya que el cuerpo está completamente sumergido en el líquido. Finalmente, remplazando lasecuaciones (2) y (4) en (5) y resolviendo para ρc obtenemos:
ρc= X1X1-X2ρL

Ecuación que permite calcular la densidad ρc del cuerpo solido en función de las elongaciones X1 y X2 en agua, además de la densidad del líquido ρL.

III. EQUIPOS Y MATERIALES.

1. Soporté metálico
2. Resorte
3. Cuerpos solidos rígidos
4. Recipiente para agua
5. Regla
6. Agua

IV.PROCEDIMIENTO.

1. Colgar el resorte del soporte.
2. Medir la longitud natural del resorte Lo.
3. Colgar el bloque en el extremo del resorte y medir la elongación X1.
4. Sumergir el bloque en el recipiente con agua y medir la nueva elongación X2.
5. Realizar los pasos 3 y 4 para los otros cuerpos.

V. CALCULOS Y GRAFICOS.

1. Determine la densidad del cuerpo mediante la...