INTRODUCCIÓN Una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso de los gases es la medida del grado de compactación de un material: su densidad. La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen. La masa y el volumen son propiedades generales o extensivas de la materia, es decir son comunes a todos los cuerpos materiales y además dependen de la cantidad o extensión del cuerpo. En cambio la densidad es una propiedad característica, ya que nos permite identificar distintas sustancias. Por ejemplo, muestras de cobre de diferentes pesos 1,00 g, 10,5 g, 264 g, todas tienen la misma densidad, 8,96 g/cm3. Esta propiedad de la materia, que la caracteriza en cualquiera de los estados en que se presenta, es fácil de determinar en el laboratorio de forma sencilla, sobre todo en el caso de cuerpos sólidos. La determinación de la densidad de un cuerpo sólido puede simplificarse si el objeto presenta una forma definida, de tal forma que resulte fácil calcular su volumen. Es el caso de la determinación de la densidad de diferentes cuerpos cilíndricos. En este caso, los instrumentos necesarios serán un calibrador, con el que mediremos el radio y la altura del cilindro y, además, una balanza para determinar la masa de dicho cuerpo. La densidad de un sólido también puede determinarse utilizando el Principio fundamental de la Hidrostática o Principio de Arquímedes.
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INTRODUCCIÓN
Una de las propiedades de los sólidos, así como de los líquidos e incluso de los gases
es la medida del grado de compactación de un material: su densidad.
La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio
determinado; es la cantidad de masa por unidad de volumen. La masa y el volumen
son propiedades generales o extensivas de la materia, es decir son comunes a todos
los cuerpos materiales y además dependen de la cantidad o extensión del cuerpo. En
cambio la densidad es una propiedad característica, ya que nos permite identificar
distintas sustancias. Por ejemplo, muestras de cobre de diferentes pesos 1,00 g, 10,5
g, 264 g, todas tienen la misma densidad, 8,96 g/cm3.
Esta propiedad de la materia, que la caracteriza en cualquiera de los estados en que se
presenta, es fácil de determinar en el laboratorio de forma sencilla, sobre todo en el
caso de cuerpos sólidos.
La determinación de la densidad de un cuerpo sólido puede simplificarse si el objeto
presenta una forma definida, de tal forma que resulte fácil calcular su volumen. Es el
caso de la determinación de la densidad de diferentes cuerpos cilíndricos.
En este caso, los instrumentos necesarios serán un calibrador, con el que mediremos
el radio y la altura del cilindro y, además, una balanza para determinar la masa de
dicho cuerpo.
La densidad de un sólido también puede determinarse utilizando el Principio
fundamental de la Hidrostática o Principio de Arquímedes.
En cuanto a la determinación de la densidad de los líquidos, si se desea calcular con
mayor precisión es recomendable hacer uso de un picnómetro, es un instrumento
sencillo cuya característica principal es la de mantener un volumen fijo al colocar
diferentes líquidos en su interior. Esto nos sirve para comparar las densidades de
líquidos diferentes. Para calcular la densidad de un líquido haciendo uso de un
picnómetro se requiere calcular la masa del líquido contenido, para ello primero se
pesa el picnómetro solo, luego con el líquido, y por diferencia de masas se calcula la
masa del líquido contenido.
I. OBJETIVOS
1. Determinar la densidad de un cuerpo sólido regular/irregular por dos
métodos diferentes.
2. Determinar la densidad de un líquido. Usando el principio de
Arquímedes.
II. EQUIPOS/MATERIALES
1 Calibrador pie de
rey(Vernier)
1 Balanza de tres barras
1 Cuerda delgada
1 Probeta graduada
3 Cilíndricos metálicos
Agua potable
Alcohol metílico ( ρr = 0,85)
Ron
III. FUNDAMENTO TEÓRICO
DENSIDAD
La densidad es una magnitud que relaciona la masa que posee un cuerpo
con el volumen que ocupa. Es una propiedad específica de las distintas sustancias
puras y permite distinguir unas de otras ya que una sustancia pura posee una
densidad determinada que no variará siempre que se mida a una temperatura y
presión establecidas:
d=m/v
La densidad de una sustancia no depende de la cantidad empleada en la medición.
La densidad de líquidos y sólidos va desde valores menores a los del agua 1 kg/L (1
g/cm³ = 1 g/mL), hasta valores considerablemente mayores que los del agua. El metal
Osmio (Os, número atómico 76, peso atómico 190.2, Período 6 y Grupo VIIIB en la
tabla periódica) tiene una densidad de 22.5 g/mL y es probablemente el material
más denso conocido a presión ordinaria.
La densidad de líquidos y sólidos cambia por cambios en la temperatura; en
general, disminuye levemente con incrementos en la temperatura y se incrementa
levemente con aumentos en la presión bajo condiciones normales. Cualquier
cambio en la densidad de una muestra dada se evidencia en un cambio en el
volumen, dado que la masa de la muestra no es una función de la temperatura o de
la presión.
Medición de densidad
La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la
obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y
posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una
balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto
y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un
líquido, entre otros métodos.
Los instrumentos más comunes para medir la densidad son:
El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido.
El picnómetro, que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos
y gases (picnómetro de gas).
La balanza hidrostática, que permite calcular densidades de sólidos.
La balanza de Mohr (variante de balanza hidrostática), que permite la medida
precisa de la densidad de líquidos.
Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un
instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante.
PRINCIPIO DE ARQUIMIDES
El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total o
parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba
igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza recibe el nombre de
empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (en el SI). El principio de
Arquímedes se formula así:
E=mL g=V L ρLg …. (1)
Donde E es el empuje, ρL es la densidad del líquido, VL el «volumen de líquido
desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la
aceleración de la gravedad y mL la masa del líquido desalojado, de este modo, el
empuje depende de la densidad del líquido, del volumen del cuerpo y de la gravedad
existente en ese lugar. El empuje (en condiciones normales y descritas de modo
simplificado) actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad
del fluido desalojado por el cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena.
El cuerpo sumergido experimentará una aparente disminución de su peso (W ’) que se
medirá en la balanza.
De la figura se cumple:
W '=W−E
E=W−W ' …… (2)
Igualando (1) y (2), se obtiene:
ρLV L g=W−W ' .….. (3)
Pero
V L=V C=mρc
…… (4)
Donde:
VC es el volumen del cuerpo, m es la masa del cuerpo
ρC es la densidad del cuerpo
Reemplazando (4) en (3), se obtiene:
ρC=W
W−W 'ρL
IV. PROCEDIMIENTO
MONTAJE 1 – MÉTODO DIRECTO
1. Usando la balanza de tres barras determine la masa de cada cilíndrico. Repita
esta operación cinco veces. Anote los datos en la Tabla 1 y sus errores