GUIAS DE LABORATORIOS DE FISICA II · Resuma en sus propias palabras que sucede en cada uno de los...

GUIAS DE LABORATORIOS DE FISICA II

Carlos Abanto, Edinson Isaı

Delfin Narciso, Daniel Alonso

Juarez Cortijo, Luisa amparo

Pinedo Araujo, Anthony

Rodas Dıaz, Francisco Javier

Rojales Alfaro, Henry Martın

Departamento de Ciencias.

Universidad Privada del Norte

MARZO, 2011

Contents

1 Introduccion al Uso de Sensores 4

1.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2 FUNDAMENTO TEORICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3 MATERIALES Y EQUIPOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.4 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.5 OBTENCION DE DATOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.6 DISCUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.7 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.8 CUESTIONARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2 Densidad 9

2.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9



2.4 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11


2.6 DISCUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.7 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.8 CUESTIONARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3 Empuje 14

3.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14



3.4 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15


3.6 Discusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.7 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.8 CUESTIONARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4 Tension Superficial de un Fluido Newtoniano 19

4.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19



4.4 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.5 DATOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.6 DISCUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.7 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2

4.8 CUESTIONARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

5 Efecto Venturi 23

5.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23



5.4 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.5 DATOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5.6 DISCUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5.7 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

5.8 CUESTIONARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

6 Ley de enfriamiento de Newton 28

6.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28



6.4 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.5 DISCUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.6 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

6.7 CUESTIONARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

7 Relacion de Gases: Presion - Temperatura 33

7.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33


7.3 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34


7.5 DISCUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

7.6 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.7 CUESTIONARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

8 Ley de Boyle: Relacion de presion y volumen de los gases 38

8.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38



8.4 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40


8.6 DISCUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

8.7 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

8.8 CUESTIONARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

9 Calor especıfico 43

9.1 OBJETIVOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43



9.4 PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44


9.6 DISCUSION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

9.7 CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

9.8 CUESTIONARIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Manual de Laboratorio de Fısica 2 3 Departamento de Ciencias

Guıa No 1

Introduccion al Uso de Sensores

Nombres:

1.

2.

RESUMEN

1.1 OBJETIVOS

• Utilizar correctamente el sensor de Temperatura.

• Utilizar correctamente el sensor de presion de gas

• Utilizar correctamente el barometro.

1.2 FUNDAMENTO TEORICO

Actualmente serıa impensable realizar maniobras un poco complicadas, dentro del mundo de los procesos

industriales, sin dos elementos ampliamente extendidos en nuestros dıas, por una parte los automatas

programables y por otra los sensores, que permiten controlar las variables que afectaran al proceso

industrial .

Los automatas por precio, versatilidad y facilidad de programacion se han convertido en los

sustitutos de las maniobras en los entornos industriales, y debido a las crecientes necesidades de los

4

procesos industriales modernos, cada vez hay que controlar mas variables que afectan a estos procesos

(fenomeno de transformacion, generado por un conjunto de sistemas que ejecutan acciones sobre una

materia prima, dando como resultado un producto final), por lo que los sensores han entrado de lleno

en estas maniobras. Hoy por hoy, serıa difıcil encontrar procesos automaticos que no esten gobernados

por elementos de gobierno (cuya funcion es la de actuar como interruptores o pulsadores para

arrancar, parar y determinar posiciones en procesos industriales), sensores (elemento que es capaz de

transformar senales fısicas como temperatura, posicion, longitud etc. en senales electricas) y automatas.

Siendo mas rigurosos, los instrumentos industriales de medicion, comunmente denominados sensores,

son dispositivos de naturaleza mecanica, electrica o electronica, disenados para convertir una magnitud

variable fısica, en un valor o magnitud equivalente que la representa y que sera usada con fines de

registro de datos para analisis de informacion y/o control de determinados fenomenos o procesos.

Entre los sensores a utilizar en el presente curso se encuentran:

Sensor de Temperatura: Este sensor hace uso de un termistor de 20 KΩ. Un termistor es

una resistencia variable. Los cambios en la resistencia del termistor debido a la temperatura, son

interpretados por la interfaz y presentados como variaciones en la temperatura mediante el software

LoggerPro. Posee un rango entre -40 C y 135 C.

Sensor de Presion de gas: Haciendo uso de una membrana que se flexa, cuando la presion

cambia. Este sensor esta disenado para medir presion absoluta. Un lado de la membrana esta al vacıo,

mientras que el otro lado esta abierto a la atmosfera. Haciendo uso de un transductor de presion, el

sensor produce un voltaje de salida que varia linealmente con presion absoluta. Posee un rango de 0 a

210 KPa (0 a 2.1 atm).

Sensor Barometro: El principio de funcionamiento de este dispositivo es el mismo que para el

sensor de presion de gas. Su rango de funcionamiento se encuentra entre 0 y 1.05 atm.

1.3 MATERIALES Y EQUIPOS

• 01 PC con Windows y software Logger Pro.

• 01 Interfaz LabPro o Universal Lab.

• 01 Sensor de Temperatura.

• 01 Sensor Barometro.

• 01 Sensor presion de gas

• Recipiente con medida.

• Regla.

• Jeringa.


Instrumentos de Medida

Sensor de Temperatura Sensor de Presion de gas

Sensor Barometro

1.4 PROCEDIMIENTO

1. Instalar el sensor de temperatura. ver diagrama N1, y abrir el paquete LoggerPro, tomar en el

recipiente 250ml de agua e ir registrando los valores de temperatura cada 3 min en la Tabla 1.1.

(Nota: el agua debe estar caliente)

2. Instalar el sensor de Presion de gas, ver diagrama N2, y abrir el paquete LoggerPro, colocar la

jeringa de plastico de 20cc en el sensor e ir variando el volumen de esta y registrar los valores de

presion en la Tabla 1.2.

3. Instalar el sensor barometro, ver diagrama N3, y abrir el paquete LoggerPro, medir con ayuda de

una regla la presion a distintas profundidades del recipiente y registrar los valores en la Tabla 1.3.

Esquemas experimentales

Diagrama N1 Diagrama N2

Diagrama N3


1.5 OBTENCION DE DATOS

Tabla 1.1: Mediciones con el sensor de Temperatura

Tiempo (s) Temperatura ( )

Tabla 1.2: Mediciones con el sensor Presion de gas

Volumen (cc) Presion ( )

Tabla 1.3: Mediciones con el sensor BarometroAltura ( ) Presion ( )


1.6 DISCUSION

Resuma en sus propias palabras que sucede en cada uno de los experimentos realizados y explique a que

se deben cada uno de los fenomenos observados.

1.7 CONCLUSIONES

1.8 CUESTIONARIO

1. ¿Cual es la aplicacion del sensor Barometro?

2. ¿Que aplicacion darıas al sensor de presion de gas?

3. ¿Cual es el efecto de la temperatura sobre un Termistor?

4. ¿Que es un Transductor?


Guıa No 2

Densidad

Nombres:

1.

2.

RESUMEN

2.1 OBJETIVOS

• Determinar la densidad del Agua usando diferencia de presion.

• Determinar la densidad del Aceite usando diferencia de presion.

• Determinar la densidad de la glicerina usando diferencia de presion.


Los cuerpos difieren por lo general en su masa y en su volumen. Estos dos atributos fısicos varıan de

un cuerpo a otro, de modo que si consideramos cuerpos de la misma naturaleza, cuanto mayor es el

volumen, mayor es la masa del cuerpo considerado. No obstante, existe algo caracterıstico del tipo de

materia que compone al cuerpo en cuestion y que explica el porque dos cuerpos de sustancias diferentes

que ocupan el mismo volumen no tienen la misma masa o viceversa.

9

Aun cuando para cualquier sustancia la masa y el volumen son directamente proporcionales,

la relacion de proporcionalidad es diferente para cada sustancia. Es precisamente la constante de

proporcionalidad de esa relacion la que se conoce por densidad y se representa por la letra griega ρ

m = constante× V

es decir:

m = ρ× V o ρ =m

V

ecuacion que facilita la definicion de ρ y tambien su significado fısico. La densidad ρ de una sustancia es

la masa que corresponde a un volumen unidad de dicha sustancia. Su unidad en el SI es el cociente entre

la unidad de masa y la del volumen, es decir Kg/m3. La determinacion de densidades de lıquidos tiene

importancia no solo en la fısica, sino tambien en el mundo del comercio y de la industria. Por el hecho

de ser la densidad una propiedad caracterıstica cada sustancia tiene una densidad diferente, su valor

puede emplearse para efectuar una primera comprobacion del grado de pureza de una sustancia lıquida.

Por otro lado, en nuestra experiencia cuando estamos en la playa o en una piscina, para poder

sumergirnos dentro del agua tenemos que hacer un esfuerzo. Tambien se experimentan cambios en

presion en los oıdos cuando uno se sumerge dentro del mar o de una piscina o cuando subimos a una

montana o viajamos en avion. Para que un buzo pueda sumergirse mas facilmente, especialmente cuando

se va a sumergir a grandes profundidades, estos utilizan pesas de plomo que generalmente se colocan en

la cintura mediante un cinturon. Esto sugiere que la presion dentro del fluido cambia con la profundidad

.

p− p0 = −ρgh

Ecuacion que muestra la relacion entre la densidad (ρ), la presion (p)y la profundidad (h). p0,

representa la presion atmosferica.



• 01 Interfaz LabPro o Universal Lab.

• 01 Sensor barometro.

• 01 Recipiente de vidrio.

• 01 Manguera.

• 01 Regla.

• Glicerina.

• Aceite.

• Agua.


2.4 PROCEDIMIENTO

1. Instalar el sensor barometro, ver Figura 2.1, y abrir el Software LoggerPro.

2. Sin sumergir la manguera en el recipiente, dar clic en Adquirir y registrar la presion (p0) en la

Tabla 2.1, esta corresponde a la presion atmosferica.

3. Colocar en el recipiente aproximadamente medio litro de lıquido para determinar su densidad.

4. Sumergir verticalmente la regla en recipiente con lıquido.

5. Ir sumergiendo parcialmente la manguera en el recipiente, y tomar medida para distintas profun-

didades de la presion, registrar en las Tablas (2.2, 2.3 y 2.4) para los distintos lıquidos.

Figura 2.1: Esquema experimental


Tabla 2.1: Presion Atmosferica

p0

Para el Agua

Tabla 2.2: Valores de Presion a distintas profundidades

Profundidad ( ) Presion ( )


Para el Aceite



Para la Glicerina



2.6 DISCUSION

• Hallar la presion manometrica para las Tablas 2.2, 2.3 y 2.4.

Tabla 2.5: Presion manometrica para los distintos lıquidos

Profundidad ( ) Presion manometrica ( ) Presion manometrica ( ) Presion manometrica ( )

del Agua del Aceite de la Glicerina

• Construya las graficas de presion manometrica vs Profundidad con los datos calculados en la Tabla

2.5, para los distintos lıquidos.

• Aplique el proceso de regresion lineal y determine la ecuacion que relaciona las variable

• A partir de los graficos, determine la pendiente para cada lıquido anotar en la Tabla 2.6.

Tabla 2.6:

Pendiente Agua ( ) Aceite ( ) Glicerina ( )


2.7 CONCLUSIONES

2.8 CUESTIONARIO

1. ¿Que es Densidad Relativa?

2. ¿Como funciona un Densımetro?


Guıa No 3

Empuje

Nombres:

1.

2.

RESUMEN

3.1 OBJETIVOS

• Comprobar experimentalmente el principio de Arquımedes y sus aplicaciones.

• Calcular la densidad de un solido.


El principio de Arquımedes expresa que si un cuerpo esta parcial o totalmente sumergido en un fluido,

este ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo denominada fuerza de flotacion o empuje, igual al

peso del fluido desalojado por el cuerpo.

El fenomeno de la flotacion es muy conocido: un cuerpo sumergido en agua parece pesar menos que

en aire; si el cuerpo es menos denso que el fluido, entonces debe flotar. El cuerpo humano normalmente

flota en el agua, y un globo lleno de Helio flota en el aire.

14

Figura 3.1:

Consideremos un cuerpo totalmente sumergido en un fluido en reposo, tal como se muestra en la

Figura 3.1

Debido a la presion, se ejercen fuerzas sobre la superficie del cuerpo tal como se muestra en la Figura

3.1. Ası, la fuerza total hacia arriba ejercida por el fluido sobre el cuerpo es igual al peso del objeto en

dicho estado de equilibrio. El valor de Fb se calcula conociendo el peso del fluido que desaloja el cuerpo,

es decir:

Fb = ρf .VFD.g = Wreal −Waparente = W −Wa


• Interfaz Vernier Labpro

• Software Logger Pro.

• Soporte universal

• Pie de rey

• Probeta graduada

• Sensor de fuerza

• Cinco masitas.

• Recipiente de rebose

• Lıquido muestra

3.4 PROCEDIMIENTO

1. Pesar cada una de las piezas a utilizar con Sensor de fuerza. Hacerlo de la masa menor a la mayor.

(Peso real W ) registrar en la Tabla 3.1.

2. Medir con el pie de rey, el diametro y la altura de cada una de las piezas, calcular el volumen de

cada pieza y registrar en la Tabla 3.1.

3. Colocar agua en la probeta graduada y permitir que el agua se derrame un poco para asegurarse

que el agua esta a punto de caer. Luego, colocar el recipiente de rebose totalmente seco debajo de

la probeta.


4. Sumergir totalmente la masa en el recipiente de rebose. Leer y anotar el valor del peso que registra

Sensor de fuerza (peso aparente Wa ). registrar en la Tabla 3.1.

5. Mida el volumen de agua colectada en el recipiente de rebose (volumen de fluido desalojado); para

cada pieza, registrar en la Tabla 3.1.


Tabla 3.1:Volumen de agua Volumen de la

Pieza Peso real Peso aparente desplazada pieza

W (N) Wa(N) VFD(m3) ( )

1

2

3

4

5

3.6 Discusion

1. Calcule el empuje hidrostatico, para cada una de las piezas utilizadas, con los datos de la Tabla

3.1. E = Wreal −Waparente y compare con el peso del fluido desalojado (WFD = ρfluido VFD g);

utilize ρfluido = 1000kg/m3 y g = 9.8m/s2 complete la Tabla 3.2.

Tabla 3.2:Pieza Empuje ( ) WFD( ) Error relativo

1

2

3

4

5

2. ¿Se comprueba el principio de Arquımedes?


3. Realize una grafica de Empuje (Tabla3.2) vs Volumen del fluido desalojado (Tabla 3.1) Aplique el

proceso de regresion lineal y determine la ecuacion que relaciona las variables.

4. Calcule la densidad del fluido utilizado utilizando la pendiente de la grafica.

5. Utilizando los datos de la Tabla 3.1 calcule la densidad de las piezas utilizadas de la siguiente

manera:

ρsolido =ρfluidoWreal

Wreal −Waparente

Tabla 3.3:Pieza ρsolido( )

1

2

3

4

5

6. Calcule la densidad promedio de la Tabla 3.3 y compare con los valores de densidad encontrados

en los textos para el solido utilizado. Calcule el error relativo porcentual de ambas medidas.

Tabla 3.4:ρpromedio( ) ρTeorico( ) Error relativo


3.7 CONCLUSIONES

3.8 CUESTIONARIO

1. Defina los terminos: peso real, peso aparente, empuje o fuerza de flotacion, centro de flotacion.

2. Escriba el enunciado del principio de Arquımedes tal como se encuentra en la bibliografıa. Haga

una interpretacion.

3. Escriba dos expresiones matematicas que permitan calcular el empuje (fuerza de flotacion) actuando

sobre un cuerpo totalmente sumergido. Explique el significado de sus terminos.

4. ¿Por que el empuje que experimenta un cuerpo sumergido en un lıquido es mucho mayor que si ese

mismo cuerpo se encuentra sumergido en un gas como por ejemplo el aire?

5. Investigue tres aplicaciones del principio de Arquımedes en el diseno de dispositivos utiles a la

sociedad.


Guıa No 4

Tension Superficial de un Fluido

Newtoniano

Nombres:

1.

2.

RESUMEN

4.1 OBJETIVOS

• Determinar el coeficiente de tension superficial de la glicerina.

• Establecer las diferencias entre empuje y fuerza de tension superficial.


Se denomina tension superficial de un lıquido a la cantidad de energıa necesaria para disminuir su

superficie por unidad de area. Esta definicion implica que el lıquido tiene una resistencia para aumentar

su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse

por la superficie del agua sin hundirse. La tension superficial (una manifestacion de las fuerzas

intermoleculares en los lıquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lıquidos y las superficies solidas

19

que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad.

Una forma de observar los efectos de la tension superficial es introducir un objeto en un lıquido. Al

intentar sacarlo de el, los bordes del objeto modifican el area de la superficie libre del lıquido en contacto

con el aire (aumentandola) y aparece la denominada fuerza de tension superficial, Fγ , que se opone a que

aumente el area de la superficie libre y que es proporcional al perımetro de la interface lıquido-aire-objeto,

L :

Fγ = γ.L

Si situamos un solido sobre la superficie de un lıquido, la tendencia del lıquido a minimizar su

superficie libre lleva a que en el lımite entre la pelıcula superficial y el solido surja la fuerza de tension

superficial dada por la ecuacion anterior. Esta fuerza es tangente a la superficie y esta dirigida hacia el

interior del lıquido.

Para este experimento, usaremos la base de las pesas que tiene forma de anillo; y para lo cual

necesitamos sus diametros: Di y De con los cuales calcularemos la fuerza de tension superficial.

Fγ = γ.π(Di +De)



• 01 LabPro o Interfaz Universal Lab.

• 01 Juego de pesas (10 g, 20 g, 50 g, 100 g, 200 g, 500 g).

• 01 Sensor de fuerza (10 N-50 N).

• 01 Vernier; 0-20 cm. (0.02mm, 0.05mm) .

• 01 Vaso de Precipitacion (1 000 ml).

• 01 Soporte Universal.

• 500 mL de glicerina.

4.4 PROCEDIMIENTO

1. Instale el montaje experimental como se muestra en la Figura 4.1.

2. Mida el peso de cada una de las pesas usando el sensor de fuerza para anotarlos en nuestra Tabla

4.1 (sin sumergirlo en glicerina).

3. Mida los diametros internos y externos de las diferentes pesas a usar (estos diametros se encuentran

en las bases de dichas pesas).

4. Llene el recipiente de vidrio con glicerina.

5. Sumerja una pesa sujetada adecuadamente al sensor de fuerza, y proceda a extraerlo suavemente

de la glicerina para apreciar los cambios de lectura del sensor de fuerza y repita ası con otras pesas

diferentes.

6. Hacer un seguimiento de las fuerzas que se van adquiriendo en el software Logger Pro (nos referimos

al seguimiento a traves del tiempo) para anotar en nuestra Tabla 4.1 la mayor lectura de fuerza.



4.5 DATOS

Tabla 4.1: Valores MedidosDiametros ( )

Peso ( ) Fuerza ( ) Di De

Pesa 1

Pesa 2

Pesa 3

Pesa 4

4.6 DISCUSION

1. Con los datos de la Tabla 4.1 halle el valor del coeficiente de tension superficial de la glicerina

utilizando las ecuaciones indicadas en el fundamento teorico.

Tabla 4.2:Pesa 1 Pesa 2 Pesa 3 Pesa 4

Coeficiente

2. Obtenga un valor promedio de los cinco resultados del coeficiente de tension superficial obtenidos

anteriormente.


4.7 CONCLUSIONES

4.8 CUESTIONARIO

1. ¿Cuales son las diferencias entre empuje y fuerza de tension superficial?

2. ¿Por que no tomamos en cuenta la fuerza de empuje en nuestros calculos? ¿Por que es tan impor-

tante que el borde de la pesa que se sumerge se mantenga paralelo a la superficie del agua?

3. ¿Por que se anota la fuerza que registra el sensor justo en el momento en que se separa la pesa y

no antes?

4. ¿Los gases ofrecen fuerza de tension superficial? Menciona un ejemplo


Guıa No 5

Efecto Venturi

Nombres:

1.

2.

RESUMEN

5.1 OBJETIVOS

• Verificar experimentalmente la dependencia de la presion con la velocidad del fluido.

• Determinar la velocidad de un fluido al pasar por diferentes secciones transversales de un tubo de

Venturi.

• Determinar el caudal y verificar la ecuacion de continuidad en un tubo de Venturi.


La ecuacion de Bernoulli es una aplicacion del teorema del trabajo y la energıa a los fluidos ideales en

movimiento. Se demuestra que:

P1 +1

2+ ρv21 + ρgH1 = P2 +

1

2+ ρv22 + ρgH2

23

Aplicando esta ecuacion al movimiento de un fluido que se desplaza por el interior de un tubo de

Venturi, dispuesto horizontalmente, la ecuacion de Bernoulli para un tubo de secciones transversales

diferentes, como se muestra en la figura, puesto que H1 es igual a H2, se reduce a:(Figura 5.1)

P1 +1

2+ ρv21 = P2 +

1

2+ ρv22

Figura 5.1:

El efecto Venturi consiste en que la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la

presion del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de seccion menor. Si en este punto

del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiracion del fluido contenido

en este segundo conducto. Este efecto recibe su nombre del fısico italiano Giovanni Battista Venturi

(1746-1822).

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el

caudal de un fluido es constante pero la seccion disminuye, necesariamente la velocidad aumenta. Por

el teorema de conservacion de la energıa, si la energıa cinetica aumenta, la energıa determinada por el

valor de la presion disminuye forzosamente.

Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente disenado para medir la velocidad de un fluido

aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido

obligandole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono. Estos modelos se utilizan en numerosos

dispositivos en los que la velocidad de un fluido es importante y constituyen la base de aparatos como el

carburador.

La aplicacion clasica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo formado dos secciones

conicas unidas por un tubo estrecho en el que el fluido se desplaza consecuentemente a mayor velocidad.

La presion en el tubo Venturi puede medirse por un tubo vertical en forma de U conectando la region

ancha y la canalizacion estrecha. La diferencia de alturas del lıquido en el tubo en U permite medir la

presion en ambos puntos y consecuentemente la velocidad.

Para calcular la velocidad en cada una de las secciones de area transversal, consideramos la ecuacion

de conservacion y la ecuacion de Bernoulli, y se despeja la velocidad final del fluido en funcion de las

presiones y las superficies del tubo de venturi, quedando como sigue:


v2 =

√√√√P2 − P1

(ρaire

2

)(S22

S21

− 1) (5.1)

ρaire = 1, 30 Kg/m3




• 01 Tubo de Venturi.

• 01 Sensor Barometro

• 01 Vernier; 0 - 20 cm. (0.02mm, 0.05mm)

• 01 Compresora

5.4 PROCEDIMIENTO

1. Colocar adecuadamente el montaje experimental.

2. Coloque el Sensor en el mecanismo (el de menor diametro).

3. Encendida la compresora, dar clic en la opcion adquirir por unos 10s, para medir la presion en

dicho punto. Registre el valor de la presion en la Tabla 5.1.

4. Ubique el sensor en el segundo orifico en el mecanismo (el de diametro intermedio) y repita el paso

3. Complete la Tabla 5.1.

5. Coloque el sensor en el tercer orificio en el mecanismo (el de mayor diametro) y repita el paso 3.

Complete la Tabla 5.1

Figura 5.2:


5.5 DATOS

Tabla 5.1:Tubos Diametro( ) Presion ( )

1

2

3

5.6 DISCUSION

1. Expresar la ecuacion 5.1 en funcion de los diametros de las areas transversales.

2. Calcular la velocidad en cada una de las secciones de area transversal utilizando los datos de presion

obtenidos en la Tabla 5.1, considere la ecuacion 5.1.

Tabla 5.2:Tubos Velocidad( )

V1

V2

V3

3. De las Tablas 5.1 Y 5.2 elaborar una grafica de Presion vs Velocidad y elaborar su respectiva

regresion para obtener la ecuacion que describa tal dependencia.

4. Analizar la Tabla 5.2 y verificar la ecuacion de continuidad con tal resultado.


5.7 CONCLUSIONES

5.8 CUESTIONARIO

1. ¿Que aplicaciones practicas tiene el tubo de venturi?

2. ¿Por que la velocidad en la garganta del tubo de Venturi aumenta y la presion disminuye? Justifique

su respuesta.


Guıa No 6

Ley de enfriamiento de Newton

Nombres:

1.

2.

RESUMEN

6.1 OBJETIVOS

• Determinacion experimental de la ley de enfriamiento de un cuerpo.

• Estudio de la ley de enfriamiento de Newton.

• Representacion grafica de resultados experimentales y analisis de datos.

• Analisis grafico de un decaimiento exponencial.


Isaac Newton (1641-1727), la mente mas portentosa que jamas haya existido al decir de Isaac Asimov,

es ampliamente reconocido por sus numerosas contribuciones a la ciencia, cada una de las cuales hoy

merecerıa un Premio Nobel. Estudio el movimiento y establecio las leyes de la dinamica, establecio la

ley de la gravitacion universal explico la descomposicion en colores de la luz blanca cuando pasa por un

prisma, desarrollo el calculo, y entre otras cosas, no pudo estar ajeno a sus investigaciones los fenomenos

28

termicos. Construyo sus propios termometros, utilizando aceite de linaza como material termometrico,

y definio su propia escala de temperatura. En su escala, 0 era la temperatura del aire en invierno a la

cual se congela el agua, y definio como 12 a la temperatura mas alta que un termometro registra cuando

esta en contacto con el cuerpo humano. En su escala, el metal con que se hacıan las monedas se fundıa

a 192. Anecdoticamente, Newton establecio que la temperatura mas alta de un bano que uno puede

soportar era igual a 17.

Utilizando un horno a carbon de una pequena cocina, realizo el siguiente experimento. Calento al

rojo un bloque de hierro. Al retirarlo del fuego lo coloco en un lugar frıo y observo como se enfriaba

el bloque de metal. Sus resultados dieron lugar a lo que hoy conocemos con el nombre de ley de

enfriamiento de Newton.

La ley de enfriamiento de Newton se escribe como:

dT

dt= −k(T − T0) (6.1)

Donde la derivada de la temperatura respecto al tiempo dT/dt representa la rapidez del enfriamiento,

T es la temperatura instantanea del cuerpo, k es una constante que define el ritmo del enfriamiento y

T0 es la temperatura del ambiente, que es la temperatura que alcanza el cuerpo luego de suficiente tiempo.

La ecuacion 6.1 expresa que la rapidez del enfriamiento es mas alta cuanto mayor es la diferencia de

temperaturas entre la del cuerpo y la del medio donde se encuentra. Podemos rescatar este hecho de la

experiencia cotidiana observando que una taza de cafe se enfrıa mas rapidamente cuando esta caliente

recien servida, que cuando ya esta tibia.

Si el cuerpo se enfrıa a partir de la temperatura Tm hasta una T0 y la ley de enfriamiento de Newton

es valida para explicar su enfriamiento, la ecuacion:

(T − T0) = (Tm − T0e−kt) (6.2)

deberıa representar satisfactoriamente la evolucion de la temperatura, dado que esta ecuacion es

solucion de la ecuacion 6.2. Esta es otra manera de establecer nuestra hipotesis y esta hipotesis sera

puesta a prueba en nuestros experimentos.




• 01 Sonda de temperatura Vernier.

• 01 matraz Erlenmeyer de 125 ml.

• 01 placa calefactora

• Tenazas.

• Soporte.


6.4 PROCEDIMIENTO

1. Se propone usar una sonda de temperatura Vernier y observar como se enfrıa una vez que se lo

saca de un recipiente con agua hirviendo (T = 100 oC). El termometro se enfriara hasta alcanzar,

despues de un cierto tiempo, la temperatura del ambiente.

2. Sumerja la sonda de temperatura en agua hirviendo hasta que la lectura sea la maxima posi-

ble.Registre este valor Tm, la temperatura maxima inicial.

3. Abra El software Logger Pro, retire la sonda de temperatura del agua y comience la toma de datos,

para ello haga clic en “Adquirir”, hasta que se enfrıe hasta alcance la temperatura del medio

circundante T0(la temperatura de la habitacion donde esta realizando el experimento).

4. Cuando retire la sonda de temperatura del agua caliente, trate de no moverlo para que no agite el

aire circundante.

5. Una vez terminado la toma de datos, exporte esos datos a un Excel para su posterior analisis.

Para ello, valla al menu “archivo” y selecciones “exportar como texto”. Luego lo abre el txt

generado dentro del Excel.

6.5 DISCUSION

1. Representacion lineal : Represente los datos de temperatura, T, en funcion del tiempo, t, en un

grafico con escalas lineales.

2. Representacion semilogarıtmica: Observe que si se toma logaritmo natural a ambos miembros de

la ecuacion 6.2 se obtiene:

ln(T − T0) = ln(Tm − T0) − t

τ(6.3)


3. Usando los valores medidos Tm y T0, represente en un grafico semilogarıtmico de (T−T0) en funcion

del tiempo t y observe si obtiene una relacion lineal. En caso de ser ası, determine la mejor recta

y obtenga de la pendiente el valor del tiempo caracterıstico t. Verifique si la ordenada al origen

corresponde a ln(Tm − T0); ver Ec. 6.3.

4. La Ec. 6.3 indica que un grafico semilogarıtmico de (T − T0) en funcion del tiempo es una recta,

cuya pendiente es −1/τ (τ = 1/k). Un grafico semilogarıtmico se obtiene tomando el eje de

temperaturas en escala logarıtmica (note que no es necesario tomar el logaritmo de los valores, solo

hay que utilizar una escala logarıtmica en el eje vertical) y manteniendo el eje de tiempos en escala

lineal.

5. Tras su analisis, ¿puede concluir si la ley de enfriamiento de Newton es una buena representacion

del enfriamiento estudiado?

6. Analice distintos procesos que hacen que un cuerpo se enfrıe.


6.6 CONCLUSIONES

6.7 CUESTIONARIO

1. Supongase que se descubre el cuerpo de una persona que ha fallecido, en un departamento. El

forense llega a las 3 de la tarde y se da cuenta que la temperatura del cuerpo es 30.5C y la del

departamento es de 21.1C. El forense espera una hora, y luego vuelve a tomar la temperatura del

difunto, y esta es 30C. Con esta informacion, ¿el forense puede determinar a que hora ocurrio el

fallecimiento?


Guıa No 7

Relacion de Gases: Presion -

Temperatura

Nombres:

1.

2.

RESUMEN

7.1 OBJETIVOS

1. Estudiar la relacion entre la temperatura de una muestra de gas y la presion que este ejerce.

2. Determinar a partir de los datos y el grafico de presion y temperatura, la relacion matematica en

un gas confinado.

3. Encontrar un valor de temperatura del cero absoluto en la escala Celsius.


Los gases estan formados por moleculas que estan en constante movimiento y ejercer presion cuando

chocan con las paredes de su contenedor. La velocidad y el numero de colisiones de estas moleculas se

33

ven afectadas cuando la temperatura del gas aumenta o disminuye.

La Ley de Amontons es la conexion entre presion y temperatura a volumen constante. Hacia finales de

1600, el fısico frances Guillaume Amontons construyo un termometro basado en el hecho de que la presion

de un gas es directamente proporcional a su temperatura. La relacion entre la presion y la temperatura

de un gas a volumen constante se conoce, pues, como la Ley de Amontons.

P = P0[1 + β(T − T0)]

donde para P0 y T0 son las primeras medidas realizadas de presion y temperatura (temperatura

ambiente del laboratorio) y β = (1/273)K−1 es el coeficiente de tension del gas.

7.3 PROCEDIMIENTO

1. Prepare un bano de agua hirviendo. Coloque aproximadamente 400 ml de agua caliente en un vaso

de 0.5 L y coloquelo sobre una placa caliente.

2. Preparar un bano de agua. Coloque aproximadamente 300 ml de agua frıa en un segundo vaso de

0.5 L y anadir hielo.

3. Coloque aproximadamente 400 ml de agua a temperatura ambiente en un tercer vaso de 0.5 L.

4. Coloque aproximadamente 400 ml de agua caliente en un cuarto vaso de 0.5L.

5. Preparar la sonda de temperatura y el sensor de presion para la recopilacion de datos.

6. Conecte el sensor de presion en el canal 1 y la sonda de temperatura en el canal 2 del interfaz.

7. Obtener un tapon de goma de montaje con un pedazo de manguera de plastico de paredes gruesas

conectada a una de sus valvulas. Enchufe el conector en el extremo libre de la manguera de plastico

para abrir el tallo de la presion del gas hacia la derecha con un sensor de giro. Deje su valvula de

dos vıas en el tapon de goma abierto (alineada con el vastago de la valvula como se muestra en la

Figura 7.2) hasta el paso 8.

Figura 7.1: Esquema experimental Figura 7.2: Tapon de goma

8. Inserte el tapon de goma de montaje en un matraz Erlenmeyer de 125 ml. Importante: Gire el

tapon en el cuello del matraz para garantizar un ajuste perfecto.


9. Cierre la valvula de 2 vıas por encima del tapon de goma mediante la activacion de la valvula

manejar por lo que es perpendicular con el vastago de la valvula en sı (como se muestra en la

Figura 7.1). La muestra de aire a estudiar se encuentra ahora confinada en el matraz.

10. Preparar el equipo para la recogida de datos al abrir el archivo “07 de presion-temperatura”

de la carpeta Vernier Logger Pro.

11. Haga clic en Adquirir para comenzar la recopilacion de datos.

12. Recoger datos de temperatura frente a la presion de su muestra de gas:

(a) Colocar el frasco en el bano de agua-hielo. Asegurese de que todo el frasco esta cubierto.

Revuelva.

(b) Coloque la sonda de temperatura en el bano de agua-hielo. Cuando la presion y temperatura

se muestran, en el medidor, estables; haga clic en Mantener. Entonces ya habra salvado los

primeros datos de presion-temperatura.

13. Repita el procedimiento del paso 8 utilizando el bano a temperatura ambiente.

14. Repita el procedimiento del paso 8 utilizando el bano con agua caliente.

15. Use una tenaza para sujetar la sonda de temperatura en el bano de agua hirviendo. Para evitar

la quema de la mano, sujete el tubo del matraz utilizando una tenaza. Despues que la sonda de

temperatura ha estado en el agua hirviendo durante unos segundos, colocar el matraz en el bano de

agua hirviendo y repetir el procedimiento del paso 8. Retirar el matraz y el sensor de temperatura

despues de haber hecho clic en Mantener.

+ PRECAUCION: Cuidado con quemarse usted mismo o los cables del sensor con la estufa.

16. Haga clic en Detener cuando haya terminado la recopilacion de datos. Apague la estufa. Registrar

la presion y la temperatura en los valores de su tabla de datos.

17. Examine su grafico de presion frente a la temperatura (C). Con el fin de determinar si la relacion

entre la presion y la temperatura es directa o inversa, debe utilizar una escala de temperatura

absoluta, es decir, una escala de temperatura cuyo punto 0 corresponde al cero absoluto. Haremos

uso de la escala Kelvin de temperatura absoluta. En lugar de anadir manualmente 273 a cada uno

de los grados Celsius la temperatura para obtener los valores Kelvin, crear una nueva columna de

datos de temperatura Kelvin.

(a) Elija una nueva columna calculada a partir del menu de datos.

(b) Introducir el nombre “Temperatura Kelvin” como, ”T Kelvin” como el nombre corto, y “K”,

como la dependencia. Introduzca la formula correcta para la columna en el cuadro de edicion

de ecuaciones. Escriba “273 +”. A continuacion, seleccione “temperatura” de la lista de

variables.Ecuacion en el cuadro de edicion, ahora deberıa ver muestra: 273+ “temperatura”.

Haga clic en Aplicar.

Haga clic en el eje horizontal la etiqueta y seleccione “Temperatura Kelvin” que se va a mostrar en

el eje horizontal.

18. Decidir si el grafico de presion versus temperatura (K) representa una relacion directa o inversa.



Tabla 7.1: Presion vs. Temperatura

N Presion ( ) Temperatura ( ) Constante, k ( )

1

2

3

4

7.5 DISCUSION

1. Para realizar este experimento, ¿cuales son los dos factores que se mantienen constantes?

2. Con base en los datos y el grafico que obtuvo de este experimento, expresar en palabras la relacion

entre la presion del gas y la temperatura.

3. Escriba una ecuacion para expresar la relacion entre la presion y la temperatura (K). Utilice los

sımbolos P, T, y k.

4. Una manera de determinar si la relacion es directa o inversa, consiste en encontrar una constante

de proporcionalidad, k, a partir de los datos. Si esta relacion es directa, k = P/T . Si es inversa,

k = P.T . Elija una de estas formulas y calcular k para los cuatro pares ordenados en su tabla de

datos (dividir o multiplicar los valores de P y T).

5. De acuerdo con este experimento, ¿que le deberıa pasar a la presion de un gas si la temperatura

Kelvin se duplica? Comprobar esta hipotesis mediante la busqueda de la presion a -73 C (200 K)

y a 127 C (400 K) en el grafico de presion de la temperatura. ¿Como comparar dos valores de

presion?


7.6 CONCLUSIONES

7.7 CUESTIONARIO

1. ¿Cual es la diferencia que existe entre los conceptos de gas y vapor?

2. ¿Que es un gas ideal?

3. ¿De que depende la presion de vapor de un solido?

4. ¿Que entiendes por presion parcial?

5. ¿Que ocurrirıa si todos los atomos de un gas estuvieran en reposo? ¿Cual serıa la temperatura del

gas?

6. Explicar como funciona un termometro de gas a volumen constante.

7. Se mezcla en un recipiente aislado 1 kg de hielo a -20 oC con 1.20 kg de agua a 35.8 oC. (a) ¿Se

fundira todo el hielo? (b) En caso afirmativo ¿Cual sera la temperatura final? En caso negativo

¿Que masa de hielo se habra fundido?


Guıa No 8

Ley de Boyle: Relacion de presion y

volumen de los gases

Nombres:

1.

2.

RESUMEN

8.1 OBJETIVOS

• Determinar la relacion entre presion y el volumen de un gas confinado.

• Calcular experimentalmente el trabajo realizado por un piston al comprimir un gas.

• Encontrar la constante de proporcionalidad establecida por Robert Boyle, a partir de las graficas

obtenidas.


Los gases fluyen como los lıquidos, y por esta razon ambos se llaman fluidos. La diferencia princi-

pal entre un gas y un lıquido es la distancia entre sus moleculas. En un gas, las moleculas estan

alejadas y libres de las fuerzas de cohesion que dominan sus movimientos como en la fase lıquida

38

o solida. Sus movimientos tienen menos restricciones. Un gas se expande en forma indefinida, y

llena el espacio que tenga disponible. Solo cuando la cantidad de gas es muy grande, por ejemplo en

la atmosfera de la Tierra o en una estrella, las fuerzas de gravedad sı limitan la forma de la masa de un gas.

La presion del aire en el interior de los neumaticos de un automovil es bastante mayor que la

presion atmosferica. La densidad del aire en el interior tambien es mayor que la del aire exterior.

Para comprender la relacion entre presion y densidad, imagina las moleculas del aire (principalmente

de nitrogeno y oxıgeno) dentro del neumatico, que se comportan como pelotas diminutas de pin-

pong, en movimiento perpetuo al azar, rebotando entre sı y contra la camara del neumatico. Sus

impactos producen una fuerza que, por nuestros toscos sentidos, nos parece un empuje constante. Esta

fuerza de empuje, promediada sobre una unidad de superficie, es la presion del aire encerrado o confinado.

La Ley de Boyle (1627-1691) es la conexion entre presion y volumen a temperatura constante. El

volumen V de la cantidad de aire encerrada en el tubo de medida es proporcional a la longitud l de la

columna de aire, que puede leerse en la escala milimetrada.

La ley de Boyle establece que la presion de un gas en un recipiente cerrado es inversamente

proporcional al volumen del recipiente, cuando la temperatura es constante. Al aumentar el volumen,

las partıculas (atomos o moleculas) del gas tardan mas en llegar a las paredes del recipiente y por lo

tanto chocan menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la presion sera menor

ya que esta representa la frecuencia de choques del gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las partıculas es menor y por tanto

se producen mas choques en cada unidad de tiempo: aumenta la presion.

Lo que Boyle descubrio es que si la cantidad de gas y la temperatura permanecen constantes, el

producto de la presion por el volumen siempre tiene el mismo valor.

Como hemos visto, la expresion matematica de esta ley es:

P.V = k

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una presion P1 al comienzo

del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presion cambiara a

P2, y se cumplira:

P1.V1 = P2.V2



• 01 LabPro o Interface Universal Lab.

• 01 Sensor de presion Vernier.

• 01 Jeringa de plastico de 25 mL.


8.4 PROCEDIMIENTO

1. Conectar el sensor de presion a la interfaz LabPro.

2. Abrir el software Logger Pro. Este detectara automaticamente el sensor.

3. La presion atmosferica en el laboratorio es de: 73.15KPa = 0.722at = 731.5mbars, se puede

calibrar el sensor con este dato (segun las unidades que se requieran).

4. CALIBRACION: Hacer click sobre el valor de presion que aparece en la pantalla a la derecha

del icono del lab-pro (Set Up sensors) y aparecera el sensor de presion en el canal donde ha sido

conectado al lab-pro, seleccionar calibrar, dar el valor de la presion atmosferica en las unidades que

seran utilizadas.

5. Jalar el embolo de la jeringa hasta la marca de 22 mL.

6. Conectar la jeringa al sensor de presion como en la Figura 8.1.


7. Nuestro sistema sera la jeringa, el piston sera el embolo y el gas a estudiar sera el aire.

8. Se va a medir la presion por compresion del aire a diferentes volumenes.

9. Aparecera en la parte inferior izquierda de la pantalla, la lectura del sensor de presion, por lo que

es necesario dar cada dato de volumen, para lo cual se dara cada dato de volumen seleccionando

KEEP.

10. Se recomienda ir midiendo cada 2 mL, comenzando por 22mL, es decir, 20mL, 18 mL, 16 mL, ası

sucesivamente hasta 6mL. (no se recomienda medir a volumenes por debajo de 4 mL)

11. Al terminar tu experimento selecciona STOP.

12. Con los puntos de la grafica se puede calcular una ecuacion, de tipo potencial, que al ser integrada

nos dara como resultado el trabajo realizado por el embolo al comprimir el gas.

13. Tambien se calcular el area bajo la curva (integral), directamente, y se observa que el resultado es

negativo, lo cual indica que se trata de una compresion. NOTA: segun las unidades con las que

se trabajo, el area bajo la curva estara dada por (at x mL), o (KPa x mL) o cm3 , por lo que es

necesario dar el resultado en Joules, se toma en cuenta lo siguiente: 1 at = 101 325 Pa = 101.325

kPa; 1Pa = 1 J/m3

14. Calcula la k de proporcionalidad para cada punto y promedia tus valores de k.



Tabla 8.1: Presion vs. Volumen

Volumen ( ) Presion ( ) Constante, k

8.6 DISCUSION

1. Para realizar este experimento, ¿cuales son los dos factores que se mantienen constantes?

2. Compara estos resultados con los obtenidos al hacer la regresion lineal.

3. Recuerda reportar tus incertidumbres y calculo de propagacion de errores.

8.7 CONCLUSIONES


8.8 CUESTIONARIO

1. ¿Que tipo de grafica obtuviste?

2. ¿Cual es la ecuacion que representa su comportamiento?

3. Por el tipo de grafica que obtuviste de Presion vs. Volumen. ¿Crees que la relacion entre estas

variables de un gas confinado es directa o inversa? Explica tu respuesta

4. ¿Que tipo de comportamiento presenta tu grafica al hacer el cambio de variable?

5. ¿Cual es la ecuacion que representa su comportamiento?

6. ¿Como calculas la k de proporcionalidad a partir de esta grafica. Explica.

7. ¿Que puedes concluir de ambas graficas?


Guıa No 9

Calor especıfico

Nombres:

1.

2.

RESUMEN

9.1 OBJETIVOS

• Determinar el calor especıfico del cobre.

• Comprobar la influencia del calorımetro en los intercambios calorıficos entre cuerpos contenidos en

el.

• Calculo del equivalente en agua del calorımetro, K.


• Calor especıfico: Cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1 gr. de una sustancia

en un grado.

• El calorımetro es un recipiente construido de tal forma que impide la conduccion de calor a su

traves. En la mayorıa de los casos suele tener dobles paredes entre las que se ha hecho el vacıo

o lleva un material aislante termico, que impide o minimiza la conduccion de calor, y por ello

43

conserva muy bien la temperatura de los cuerpos que se encuentran dentro. En su tapadera llevan

dos orificios, uno para introducir el termometro y el otro para el agitador.

• El producto de la masa del calorımetro por su calor especıfico, es su capacidad calorıfica, que

denominaremos K. Como el calor especıfico del agua es 1 cal/g.C, esto equivale a considerar una

masa de K gramos de agua, que absorberıa (o cederıa) la misma cantidad de calor que el calorımetro,

para la misma variacion de temperatura. Por eso a K se le llama equivalente en agua del calorımetro.

El valor de K se refiere tanto al recipiente como a sus accesorios; el termometro y el agitador.

• Si dentro del calorımetro tenemos una masa de agua M1 a la temperatura T1, y la mezclamos con

otra masa de agua M2 a la temperatura T2, una vez alcanzado el equilibrio termico, el conjunto

se encontrara a la temperatura de equilibrio T. Si K es el equivalente en agua del calorımetro y

T2 < T < T1, el balance energetico es:

Qcedido = Qabsorvido

(M1.c+K)(T1 − T ) = M2.c(T − T2) (9.1)

de donde:

K = M2.c(T − T2T1 − T

) −M1.c (9.2)

Siendo:

K = equivalente en agua del calorımetro



• 01 LabPro o Interface Universal Lab.

• 01 Sonda de temperatura Vernier

• 01 Calorımetro

• 01 balanza electronica

• 01 Masa de Cobre 50 g

• 01 pinza

9.4 PROCEDIMIENTO

1. Medir 40 g de Agua y vierta en el calorımetro, registra en la Tabla 9.1.

2. Medir la temperatura del sistema Calorımetro-agua, anotar en la Tabla 9.1.

3. Precalentar la masa de cobre de 50g a 90 C promedio. Registrar en la Tabla 9.1 su masa y

temperatura.(Tener cuidado al retirar del agua caliente, use la pinza)

4. Introduzca al calorımetro la masa de cobre precalentada y espere unos minutos hasta que el conjunto

se encuentre la temperatura de equilibrio T, registre T en la Tabla 9.2.


5. Vierta una masa de agua en el calorımetro(M1) y mida su temperatura inicial del agua en el

calorımetro (T1), registrar dato en la Tabla 9.3.

6. Mesclar, con la masa de agua (M1) a Temperatura (T1), una cantidad de masa (M2) a mayor

temperatura de (T1). En el calorımetro y esperar su temperatura de equilibrio del sistema. Registrar

los valores en la Tabla 9.3.


Tabla 9.1:

Masa ( ) Temperatura ( )

Agua

Cobre

Tabla 9.2:

Temperatura de equilibrio

Tabla 9.3:

Masa de agua introducida en el calorımetro (M1)

Temperatura inicial del agua en el calorımetro(T1)

Masa de agua caliente (M2)

Temperatura de agua caliente (T2)

Temperatura de equilibrio del sistema (T )

Calor especıfico del agua 1 cal/gC

9.6 DISCUSION

1. Con los datos obtenidos en las Tablas 9.1 y 9.2 realizar el calculo del calor especıfico del cobre.

2. El valor teorico del calor especıfico del cobre es de 0.092 cal/gC. que tan cerca de este se encuentra

el valor experimental, determine su error porcentual.


Valor teorico Cu ( ) Valor experimental ( ) Error porcentual

3. Use la ecuacion 9.2, calcule K (equivalente en agua del calorımetro).

El equivalente en agua del calorımetro, K

9.7 CONCLUSIONES

9.8 CUESTIONARIO

1. Defina la calorıa

2. Cuales son los tipos de transmision de calor que existen?

3. ¿Cual es el tipo de transmision de calor que existe en el calorımetro del experimento realizado?

4. Suponga que una persona quiere tomar una taza de cafe. Disene un experimento para determinar

si es mejor anadir leche (o crema) frıa y despues esperar 5 minutos antes de tomarlo o dejar que el

cafe se enfrıe durante 5 minutos y despues echarle la leche (o crema). ¿En que situacion estara el

cafe mas frıo despues de 5 minutos? Se deben controlar completamente otras variables como el tipo

de contenedor del cafe, la temperatura inicial del cafe, el tipo de cafe (instantaneo o de grano), etc.


Referencias

[1] Introduccion a los sensores y elementos de gobierno de automatas, vista el 21 de marzo del 2011 en:

http://www.epsj23.net/docs/SENSORES.PDF

[2] Instrumentacion Industrial, vista el 21 de marzo del 2011 en:

http://es.scribd.com/doc/10959815/Introduccion

[3] Principio de Arquımedes, visto al 27 de mayo del 2010, en:

http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes


http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm

[5] Tension Superficial, visto al 5 de diciembre en:

http://www.ucm.es/info/Geofis/practicas/prac10.pdf





[8] Enfriamiento, visto al 02 de julio del 2010 en:

http://www.cienciaredcreativa.org/guias/enfriamiento.pdf

47

http://www.epsj23.net/docs/SENSORES.PDF

http://es.scribd.com/doc/10959815/Introduccion



http://www.ucm.es/info/Geofis/practicas/prac10.pdf



http://www.cienciaredcreativa.org/guias/enfriamiento.pdf

GUIAS DE LABORATORIOS DE FISICA II · Resuma en sus propias palabras que sucede en cada uno de los...

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