laboratorio

La balanza. Medida de la densidad de un sólido


Medida de la masa de un cuerpo
Medida del volumen de un cuerpo irregular
Cálculo de la densidad
Actividades


 
La balanza es un instrumento básico en el laboratorio de Física. Hay muchos tipos de balanzas, la que simularemos en el programa interactivo es una de las más sencillas de manejar.
Para pesar un determinado objeto, sedesplazan masas calibradas a lo largo de cuatro rieles y se fijan en posiciones etiquetadas. Las divisiones en los cuatro rieles de las balanzas del laboratorio de Física de la E.U.I.T.I. de Eibar son las siguientes:

de 100 g hasta 200 g
de 10 g hasta 100 g
de 1 g hasta 10 g 
de 0.1 g hasta 1 g.
 
Medida de la masa de un cuerpo
En el programa interactivo la balanza solamente aprecia gramos, elerror que se comete en una medida es  1 g. Por ejemplo, si se ha pesado un cuerpo y de la lectura de los indicadores de la balanza se ha obtenido la cifra de 234. La medida del peso de dicho cuerpo se expresa como
234  1 g
Véase las reglas para expresar una medida y su error
 
Medida del volumen de un cuerpo irregular
Para medir la densidad de un cuerpo es necesario conocer su masa y suvolumen.
Si el cuerpo es irregular, no podemos calcular su volumen de forma directa. Pero podemos calcularlo indirectamente aplicando el principio de Arquímedes.
"Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje igual al peso del volumen de líquido desalojado"

Sumergiendo completamente el cuerpo en agua, el peso del cuerpo disminuye debido al empuje. Lo que nos marca la balanza F’ es iguala la diferencia entre el peso P y el empuje E.
F’=P-E.
Si el fluido es agua, cuya densidad es la unidad, el peso en gramos coincide numéricamente con el volumen medido en centímetros cúbicos.
El empuje es igual a la diferencia F-F’ entre lo que marca la balanza antes y después de sumergir el cuerpo en agua e igual numéricamente al volumen del cuerpo en centímetros cúbicos.
V=F-F’
Error en lamedida del volumen.
De las fórmulas de los errores en las medidas indirectas se obtiene que el error de una diferencia

Como F=F’=1 , se obtiene que V=1.41 cm3 . Expresando el error con una sola cifra significativa (regla 2),  V=1 cm3
 
Cálculo de la densidad del cuerpo sólido
Se define la densidad como el cociente entre la masa y el volumen de un cuerpo.

De las fórmulas delos errores en las medidas indirectas, se obtiene que el error de un cociente

donde m=V=1.
Una vez obtenidas las medidas de m y de V, se calcula , mediante la fórmula anterior.
Ejemplo:
Se va a medir la densidad del cobre
1. Pulsando el botón titulado Peso, se genera una pieza hecha de cobre de masa y volumen desconocido.

Con la balanza medimos su masa: m=410 1 g.
 
2. Pulsamos el botóntitulado Volumen y el cuerpo se sumerge en agua

Efectuamos una nueva medida con la balanza m’=364 g 
El volumen es numéricamente igual al empuje, la diferencia entre ambas medidas.
V=410-364=46  1 cm3
 
3. Cálculo de la densidad

4. La densidad se expresa
 =8.9 0. 2 g/cm3
Finalmente, comparamos el valor calculado con el proporcionado por el programa interactivo pulsando el botóntitulado Respuesta.
 
Actividades
Para medir el peso de un cuerpo se pulsa sobre el botón titulado Peso. Se desplazan las flechas a lo largo de las guías actuando con el ratón. Se pulsa el botón izquierdo del ratón cuando el puntero está sobre una flecha, se arrastra el ratón, la flecha se desplaza automáticamente a la siguiente posición sobre la guía. Se deja de pulsar el botón izquierdo del ratón,cuando la flecha está situada en la marca deseada.
La balanza está equilibrada cuando el brazo está en posición horizontal y la flecha azul apunta a la marca roja situada a su derecha. El mismo procedimiento se emplea para medir el volumen.
Se selecciona una sustancia en el control selección titulado Material.
Se pulsa el botón titulado Peso. Medir el peso del cuerpo
Se pulsa el botón...