la balanza

Introducci´n a la F´
o
ısica Experimental
Gu´ de la experiencia
ıa
Determinaci´n de las densidades de un s´lido
o
o
y de un l´
ıquido,
utilizando la balanza de Jolly.
Departamento de F´
ısica Aplicada.
Universidad de Cantabria.
Mayo 14, 2008

Tenga en cuenta que la lectura previa de esta gu´ y la comprobaci´n de
ıa
o
las ecuaciones le llevar´ del orden de tres horas, incluyendola consulta
a
de las palabras clave, y que la lectura de la bibliograf´ espec´
ıa
ıfica le llevar´
a
entre una y dos horas.
Resumen

Se indica c´mo determinar la densidad de un s´lido y de un
o
o
l´
ıquido con ayuda de una balanza de Jolly, cuyo funcionamiento se
basa en las propiedades el´sticas de un muelle, y en la aplicaci´n
a
o
del principio de Arqu´
ımedes

Introducci´no
Una balanza de Jolly es un dispositivo dise˜ado para determinar, entre otras
n
magnitudes f´
ısicas, densidades de s´lidos y l´
o
ıquidos. El procedimiento experimental que va a utilizarse lo que permite es obtener la densidad relativa de
s´lidos y l´
o
ıquidos con respecto a otro l´
ıquido tomado como referencia (generalmente, agua). A partir de la determinaci´n de densidadesrelativas, podemos
o
obtener las densidades absolutas, si la densidad del l´
ıquido de referencia es
conocida. El funcionamiento y aplicaci´n de la balanza de Jolly se basan en el
o
Principio de Arqu´medes y en la Ley de Hooke.
ı
Una balanza de Jolly [v´ase la Fig. 1 (a) y (b)] consta, esencialmente, de
e
un soporte vertical que lleva una escala m´trica adosada. De la parte superior
e
delsoporte pende un muelle helicoidal, libre por su extremo inferior, al que se
sujeta un platillo con un gancho en su parte inferior. De este gancho se puede
suspender el s´lido objeto de estudio. El borde del platillo se˜ala sobre la
o
n
escala m´trica la longitud que se desea medir (Fig. 2). Adem´s, a lo largo del
e
a
1

(a)

(b)

Figura 1: Balanza de Jolly: a) disponible en elLaboratorio de IFE, b) de precisi´n. Consta,
o
esencialmente, de un soporte vertical que lleva una escala m´trica adosada. De la parte
e
superior del soporte pende un muelle helicoidal, libre por su extremo inferior, al que se
sujeta un platillo con un gancho en su parte inferior. De este gancho se puede suspender el
s´lido objeto de estudio que produce un alargamiento del resorte. Una peque˜aplataforma,
o
n
sobre la que se coloca el recipiente que contiene el l´
ıquido de referencia, se desliza a lo largo
del soporte.

soporte se desliza una peque˜a plataforma sobre la que se coloca el recipiente
n
que contiene el l´
ıquido de referencia (Fig. 3).
La densidad de un s´lido se puede obtener a partir de las medidas experio
mentales de los alargamientos que experimenta el muellecuando se suspende de
su extremo inferior, en diferentes condiciones, dicho s´lido. Estos alargamieno
tos se miden respecto de la longitud de referencia que se˜ala el platillo cuando
n
no hay carga suspendida de ´l. Primeramente, el cuerpo se suspende en el
e
seno del aire [Fig. 3 (a)] y, despu´s, en el seno del l´
e
ıquido de referencia cuya
densidad es conocida [Fig. 3 (b)]. En cualquiercaso, como consecuencia de
la fuerza que act´a en el extremo inferior del muelle, ´ste se alarga una cierta
u
e
longitud. El objeto permanece en equilibrio bajo la acci´n de dos fuerzas que
o
act´an sobre ´l verticalmente: una hacia abajo, que es su peso, y otra, hau
e
cia arriba, que es la fuerza el´stica de recuperaci´n que ejerce el muelle. Ese
a
o
equilibrio se escribe as´
ı:
ms g= k∆x1 .
(1)
2

Figura 2: El borde del platillo se˜ala, sobre la escala m´trica, la lectura del alargamiento
n
e
del resorte.

En esta ecuaci´n, ms es la masa del s´lido, g es la gravedad, k es la constante
o
o
recuperadora del muelle y ∆x1 es el alargamiento del muelle para el cual se
produce el equilibrio. En la ec. (1), el miembro de la izquierda es la fuerza peso
y el de la...