Balanza hidrostatica

BALANZA HIDROSTÁTICA

1.- Objetivo: Determinar la densidad de un sólido mediante una balanza hidrostática.

2.- Material: Balanza hidrostática, arena, caja de pesas, vaso, agua y cuerpo problema.

3.- Fundamento teórico: La balanza hidrostática sirve para determinar la densidad relativa de un sólido respecto de un líquido, en nuestro caso agua. Si conocemos la densidad absoluta dellíquido, (en nuestro caso admitiremos 1 g/cm3 para el agua), podemos determinar la del sólido.
El método consiste, en esencia, en pesar un cuerpo en el aire y sumergido en un líquido. La pérdida aparente de peso que experimenta el cuerpo es igual al peso del líquido desalojado. (Principio de Arquímedes).

Sea m la masa del cuerpo, V su volumen y ρ su densidad:
m
ρ = V

Sea m
la masa de líquidodesalojado, V
su volumen y ρ0


su densidad:


Como el volumen del líquido desalojado es el mismo que el volumen del cuerpo al sumergirse totalmente, se cumplirá que:




Por lo tanto, si conocemos D0 y las masas, podemos determinar D.

4.- Procedimiento experimental:

1.- Determine la masa m utilizando una balanza electrónica.

2.- Cuelgue el cuerpo problema, mediante un hilomuy fino, del gancho que lleva debajo uno de los platillos de la balanza (no tiene por qué estar previamente equilibrada).

3.- En el otro platillo coloque un papel; añada poco a poco arena hasta conseguir que la tara sea igual a la masa del cuerpo (ver Figura). Esta masa permanecerá inalterable durante toda la práctica.














4.- Introduzca el cuerpo en un vaso con agua,(cuide que no toque las paredes y que quede totalmente sumergido). En este momento el cuerpo está sufriendo el empuje del agua, por lo que la balanza se desequilibra.

5.- Consiga de nuevo el equilibrio colocando pesas en el platillo (ver Figura). Anótese esta masa
m , que es justamente la masa del volumen de agua desalojado.


5.- Resultados:



m1 = 83,84gr ± 0,01gr
m 1 = 10,00gr ±0,05gr
ρ1 = 8,38gr/cm3 ± 0,42gr/cm3


m2 = 27,32gr ± 0,01gr

m 2 = 9,86gr ± 0,05gr

ρ2 = 2,77gr/cm3 ± 0,14gr/cm3



6.- Discusión:


Para la elaboración de esta práctica, primero hemos pesado el cuerpo problema, y hemos apuntado su masa. A continuación hemos colocado en uno de los platillo de la balanza un hilo, del cual hemos colgado el cuerpo problema. Hecho esto hemospuesto en el otro platillo un pequeño recipiente de papel, para que la masa de este no afecte a la balanza. Dicho recipiente lo hemos llenado poco a poco de arena usando una cucharilla, hasta equilibrar la balanza. Después de esto hemos tomado un vaso de precipitado y lo hemos llenado de agua. Acto seguido hemos introducido dicho cuerpo problema en el vaso de precipitado, produciéndose undesequilibrio de la balanza, la cual hemos vuelto a equilibrar añadiendo pesos de masa conocida en el platillo del cual cuelga el cuerpo problema. Hecho esto hemos apuntado la masa total de los pesos que hemos colocado para equilibrar la balanza, y ahora gracias a todos estos datos y a la densidad del agua, que ya es conocida (1 gr/cm3), calculamos la densidad del cuerpo problema.

La densidad de uncuerpo se expresa en gramos / cm3, por tanto es lógico que para calcular la densidad de un cuerpo necesitamos saber su masa, la cual tenemos gracias a haber pesado el cuerpo, y su volumen. Según la mecánica de fluidos, si sumergimos un cuerpo en agua, el volumen del cuerpo será igual al volumen de agua que ha desalojado este. Las pesas que hemos colocado encima del platillo nos sirven para conocer elpeso que ha perdido el cuerpo, que será igual al peso del volumen de agua desalojado, y este igual al volumen del cuerpo. Así que ya tenemos los dos datos.

Hecho esto a partir de la siguiente ecuación:





Calculamos la densidad del cuerpo problema, quedándonos la siguiente ecuación:







Hecho esto, obtenemos que el valor de la densidad del primer cuerpo es de...