FISICA 2 Informe N°4

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FISICA 2

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Facultad de ingeniera qumica y textil

Facultad de ingeniera qumica y textil

I. ResumenPara el presente experimento que abarca el tema de la tensin superficial se usaron diferentes mtodos para hallar el coeficiente de tensin superficial de un lquido. El presente experimento se realiza con el fin de poder obtener datos para poder determinar el coeficiente de tensin superficial de un lquido.El primer mtodo se bas en la definicin de fuerza por unidad de longitud con lo cual se pudo obtener un valor relativamente cercano al valor terico del coeficiente de la tensin superficial en comparacin del segundo mtodo en el que se emplean un sistema compuesto de tubitos de vidrio atravesados por un hilo delgado en el cual al ser sumergido en agua con detergente se formar una pelcula tal que al suspender el sistema se pueda evidenciar de como la tensin de la pelcula soporta el peso del tubo de la parte inferior y asimismo hace que los hilos formen una curva. Para los clculos provenientes del segundo mtodo, la curva generada por la tensin de la pelcula se asumi como si esta fuera un arco de circunferencia, adems se no se est considerando el peso del hilo.El margen de error que se presenta en ambos mtodos empleados en el experimento est sujeto a diversos factores internos y externos.Del experimento realizado se puede tener conocimiento de que los mtodos empleados uno de ellos resulta ser ms eficaz para obtener el valor del coeficiente de tensin superficial.As tambin se desprende el hecho de realizar el experimento de la manera ms precisa posible para obtener los resultados deseados.

II. IntroduccinLos lquidos tienen un volumen fijo. Sin embargo, su forma vara (cambia el rea de la superficie que los envuelve): se adaptan al recipiente (ocupando la zona ms baja por gravedad) dejando una superficie libre (no totalmente plana) o adoptan formas especiales: gotas, pompas y burbujas. Molcula en la superficie Molcula en el interior 5.1 Tensin superficial y ley de Laplace Las fuerzas superficiales (cohesin: lquido-lquido, adhesin: lquido-slido) son responsables de muchos fenmenos con inters biolgico, basadas en los conceptos de tensin superficial y capilaridad.

1. Fundamento terico:

a) Densidad

Densidad es una propiedad de cualquier material y se define como masa por unidad de volumen as tenemos: La = Ya habiendo definido la densidad tenemos que existen objetos que presentan diferentes densidades en distintos puntos de estos, entonces en este caso hablaremos de la densidad media.Para este caso la forma de determinar la densidad media de estos cuerpos es mediante el empuje que se genera cuando el cuerpo es sumergido en un lquido.

b) Tensin superficial

En nuestra vida cotidiana hemos podido observar objetos que flotan en el agua esto debido a que el agua tiene una densidad mayor que la de estos, pero existen tambin otros objetos que a pesar de tener una densidad mucho mayor a la del agua pueden flotar en esta. Los casos presentados pueden ser explicados por medio de la propiedad exclusiva de los lquidos llamada tensin superficial, a continuacin procederemos a explicar de qu trata esta propiedad.

De la imagen que se muestra podemos observar molculas de un lquido, para este caso analizaremos dos molculas una ubicada en el interior del volumen del lquido y otra ubicada en la superficie. Para el caso de la molcula ubicada en el interior observamos como las molculas vecinas ejercen fuerzas sobre esta en todas las direcciones pero al final tendremos que la resultante de todas estas fuerzas resulta ser cero. Por otro lado para la molcula ubicada en la superficie observamos que si sumamos todas las fuerzas producto de sus interacciones con las otras molculas su resultante ser diferente de cero esto ocasiona que la superficie presente un resistencia a ser estirada y as la superficie presente un comportamiento como de una membrana en tensin. Ahora veamos cmo podemos calcular la tensin superficial de un lquido.

Si hablamos en trminos de energa tenemos que para que se ubique una molcula en la superficie de un lquido hay que realizar un trabajo, y aqu es donde entra la energa potencial la cual ser proporcional a la superficie por lo cual consideramos un rea determinada y as tendremos: dW = ydA con lo cual obtendremos y = Donde:

dW: EnergadA: rea formaday : Coeficiente de tensin superficial

Para la medicin de la tensin superficial enfoqumonos en la siguiente figura:

Notamos que tenemos una varilla AB de una longitud d, tambin tenemos un rea inicial, pero luego debido a una fuerza vemos como el rea sufre una variacin y hay un desplazamiento x.

Sabemos que y =

Asimismo del grafico obtenemos que:

Energa = F x rea formada = d2x (2x considerando dos superficies)Entonces: y = Finalmente: y =

2. Objetivos:

De forma experimental determinar la densidad media de distintos cuerpos de volmenes desconocidos y difciles de calcular haciendo uso del principio de Arqumedes.Poder tener el conocimiento del concepto de densidad media de un cuerpo. Usar los datos provenientes de la experiencia para poder calcular el coeficiente de tensin superficial de un lquido.Conocer los distintos mtodos existentes para poder calcular el coeficiente de tensin superficial.Mediante los resultados obtenidos poder distinguir las diferencias entre los mtodos empleados para la medicin de la tensin superficial y ver en qu casos es ms conveniente usar uno de estos mtodos en lugar del otro.

3. Metodologa

Para el sistema hilos, tubos y un recipiente con agua y detergente, se utiliz el siguiente mtodo.

Se mide las longitudes de los tubos e hilos, y la masa de los tubos. Se introdujo el sistema hilos tubos en el recipiente con agua y detergente Al extraer el sistema despus de introducirlo, se form una pelcula de forma curva debido a la tensin superficial del lquido, debido al cual se deformo la longitud y la dimensin del sistema tubo y hielo. Luego se procedi a medir la nueva longitud de los hilos. Tambin se midi la menor longitud de la curva. Luego con los datos obtenidos procedemos a hacer los clculos respectivos, para determinar el coeficiente de la tensin superficial en este caso.Para la determinacin de la masa se sigui el siguiente mtodo: Suspender el objeto del brazo mayor de la balanza. Equilibrar el objeto mediante un contrapeso. Retirar el objeto pero si tocar el contrapeso y restablecer el equilibrio de la balanza mediante la colocacin adecuada de los jinetillos. Tomar nota de la posicin de los jinetillos.Para la determinacin densidad se sigui el siguiente mtodo: Equilibrar la balanza con el peso utilizando solamente el contrapeso. Colocar bajo un recipiente con agua para sumergirlo totalmente y mediante los jinetillos restablecer el equilibrio. Tomar nota de las nuevas posiciones de los jinetillos.

4. Resultados1) Determinacin de la MASA. (ver apndice 7.3.1)Masa de los jinetillos.J1J2J3J4

Masa (g)9.910.120.320.6

Datos para la determinacin de la MASA.Li : representa la distancia del Ji (jinetillo) al centro de giroMaterialL1L2L3L4

Plomod8d9d10d

Bronce6d7dd3d

Tecnopor + Plomo2d8d9d10d

Del equilibrio se deduce que:

Al igualar las torques: Plomo

Bronce

Tecnopor + Plomo

2) Determinacin de la densidad con ayuda de la fuerza de Empuje. (Ver apndice 7.3.2)L1L2L3L4

Plomo4d

Bronce2dd

Tecnopor + Plomo7d5d4d

Debido al empuje se notara un desequilibrio de fuerzas tal que para volver al equilibrar

Plomo

Bronce

Tecnopor + Plomo

3) Calculo de la Tensin Superficial Para esta experiencia se pudo haber utilizado dos mtodos, se opt por utilizar el mtodo de los tubitos y la sustancia jabonosa. Los datos obtenidos del sistema conformado por los tubitos de vidrio atravesados por un hilo delgado son:

ParmetrosResultados

2a5.3 cm

2b4.1 cm

2h5.7 cm

m0.3 g

De la siguiente relacin, la cual ser demostrada en el apndice 7.3.3:

Remplazando datos para el clculo de de la sustancia jabonosa,

5. Discusiones de resultado Los valores reales de la masa y el volumen difieren de los calculados experimentalmente debido a que no consideramos el pavilo de donde colgaba. Los valores obtenidos experimentalmente en clculo de la densidad de los cuerpos metlicos, se acercan considerable a los valores tericos, mas no podemos decir lo mismo del tecnopor. El valor que obtuvimos en la densidad del tecnopor es muy elevado, quiz por valores errneos en la toma de datos.6. Conclusiones En este experimento se pudo comprobar que cuando se sumerge un cuerpo a un lquido, este cuerpo experimenta una fuerza la cual se opone a la fuerza gravitatoria. Esta es llamada la fuerza de empuje. Pudimos comprobar que a causa del detergente agregado al agua, esta disminuyo su tensin superficial. La densidad del plomo es mayor a la del bronce y esta a su vez mayor a la del tecnopor.

III. BIBLIOGRAFIA-GUIA DE LABORATORIO DE FSICA. Edicin 2007 pg. 76-77-FISICA. Escrito por Jerry d. Wilson Anthony J. Buffa. pg. 324-FISICA UNIVERSITARIA. Volumen 1. Sears Zemansky. Pag.456- FUNDAMENTOS DE QUIMICA. Escrito por Ralph A. Burns pg. 62

7. Apndice

7.1 Diagrama de equipoSOPORTEBALANZA MOHOR WESTPHALRECIPIENTE CON AGUA

PESA DE BRONCEJINETILLOSPESA DE PLOMOESFERA DE TECNOPORTERTRERESRTFSGFRSDIPJGRDIHOGFDRHOIHOUGD

7.2 Datos de laboratorio

7.3 Muestra de clculos7.3.1 Determinacin de la MASA Masa de los jinetillos.

J1J2J3J4

Masa (g)9.910.120.320.6

Datos para la de