Física

Laboratorio. Aceleración de la gravedad. Elasticidad. Evacuación de agua

  • Enviado por: Iñigo Mate Arcos
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 7 páginas
publicidad

PRÁCTICA DE LABORATORIO

Física y Química. 1º Bachiller.

1. Cálculo del valor de la aceleración de la gravedad g.

2. Medida de la constante elástica k de un resorte: ley de Hooke.

3. Ley de la evacuación del agua de una bureta.

1. MEDIDA DE LA ACELERACIÓN DE LA GRAVEDAD g

Objetivo: Se trata de medir el valor de g utilizando un péndulo.

Introducción teórica:

El principio del péndulo fue descubierto por el físico y astrónomo italiano Galileo, quien estableció que el periodo de la oscilación de un péndulo de una longitud dada puede considerarse independiente de su amplitud (distancia máxima que se aleja el péndulo de la posición de equilibrio).

Un péndulo consiste en un hilo inextensible y de masa despreciable, del cual queda suspendida una masa que oscila de un lado a otro bajo la influencia de la gravedad g. Esto queda demostrado por la fórmula del péndulo:

T=2"l/g Siendo:

  • T el periodo de una oscilación.

  • l la longitud del péndulo.

  • La aceleración de la gravedad g

.

NOTA: una oscilación es el desplazamiento de la masa desde un extremo del plano hasta que vuelve al mismo punto.

A esta fórmula se puede llegar por el camino experimental, pero también podemos hallarla mediante el análisis dimensional:

Se ha visto mediante la observación y la experimentación que el periodo T depende de:

  • La longitud del hilo l.

  • La gravedad g ( la atracción por la Tierra ).

Por lo que: T = k"lª"g

! Se trata de hallar a y n.

Nos basamos en la homogeneidad de la fórmula, es decir, las dimensiones tienen que ser iguales a ambos lados del signo =.

- Dimensiones del periodo! T

- Dimensiones de k! no tiene.

- Dimensiones de lª! Lª

- Dimensiones de g ! (L/T²)

! lª·g = Lª (L/T²) = Lª ·T²

! Lº·T¹ [=] Lª ·T²

1 = -2n ! n = -1/2

0 = a+n ! a = -n =1/2

! T = k·l¹ ²·g¹ ²

T = k"l¹ ²/g¹ ²

T = k"l/g

T = 2"l/g

Procedimiento realizado:

-MATERIAL-

  • Un soporte

  • Un gancho

  • 2 hilos inextensibles y de masa despreciable, de distinta longitud.

  • Dos masas diferentes

  • Un cronómetro (al carecer de un cronómetro en la práctica, las mediciones de tiempo las realizamos mediante un reloj)

-MONTAJE-

Sobre el borde de una mesa se fija el soporte, del cual suspendemos una de las masas mediante un hilo (mayor masa con el hilo de mayor longitud).

Realizamos el montaje con dos masas distintas .

-DESARROLLO-

  • Una vez hecho el montaje, se separa la masa de su posición de equilibrio haciendo que empiece a oscilar.

  • 2. Cuando las oscilaciones se vayan haciendo pequeñas y cuando la masa oscile en un único plano, medimos el tiempo (T) en realizar 50 oscilaciones.

    3. Con los datos obtenidos y mediante la fórmula del péndulo hallamos el valor de g:

    T = 2" l/g ! T² = 4²l/g ! g = 4²·l/T²

    ! Datos obtenidos:

    Experiencia

    Longitud l

    Nº oscilaciones

    Tiempo t

    Periodo T

    l = 2,12m

    50

    t = 2min 26seg

    T = t/50 = 2,29 seg

    l = 1,39m

    50

    t = 1min 58seg

    T = t/50 = 2,36 seg

    Valor de g en la primera experiencia (la del péndulo largo):

    g = 4²·2,12/2,92²

    g = 9,815894788

    Valor de g en la segunda experiencia (la del péndulo corto):

    g = 4²·1,39/2,36²

    g = 9,85259273

    Los valores obtenidos de g son muy próximos a su valor exacto, por lo que queda demostrada la veracidad de la fórmula del péndulo (el error cometido es debido a la imprecisión de las mediciones).

    2. MEDIDA DE LA CONSTANTE K DE UN RESORTE

    Objetivo: Se trata de averiguar la relación que existe entre la deformación (en este caso alargamiento) que sufre un resorte y la fuerza aplicada sobre este.

    Introducción teórica:

    La elasticidad es la propiedad de un material que le hace recuperar su tamaño y forma original después de ser comprimido o estirado por una fuerza externa. Cuando una fuerza externa actúa sobre un material causa un esfuerzo o tensión en el interior del material que provoca la deformación del mismo. En muchos materiales la deformación es directamente proporcional al esfuerzo (así ocurre en este experimento). Esta relación se conoce como Ley de Hooke, así llamada en honor del físico británico Robert Hooke, que fue el primero en expresarla. No obstante, si la fuerza externa supera un determinado valor, el material puede quedar deformado permanentemente y la ley de Hooke ya no es válida. El máximo esfuerzo que un material puede soportar antes de quedar permanentemente deformado se denomina límite de elasticidad.

    La relación entre el esfuerzo y la deformación, denominada módulo o constante de elasticidad, queda determinada por la estructura molecular del material. Cuando se aplica una fuerza externa que crea una tensión en el interior del material, las distancias moleculares cambian y el material se deforma. Por debajo del límite de elasticidad, cuando se deja de aplicar la fuerza, las moléculas vuelven a su posición de equilibrio y el material elástico recupera su forma original. Más allá del límite de elasticidad, la fuerza aplicada separa tanto las moléculas que no pueden volver a su posición de partida y el material queda permanentemente deformado o se rompe.

    Como consecuencia de todo lo expuesto, podemos decir que:

    F = k·l ! Se trata de una proporción lineal en la que:

    • F es la fuerza aplicada sobre el resorte.

    • K es la constante de proporcionalidad (elastica).

    • l es el incremento del alargamiento

    (l-l).

    Procedimiento realizado:

    -MATERIAL-

    • Un soporte.

    • Una pinza.

    • Tres muelles (resortes) con distinta constante elástica.

    • Pesas de 50 gramos.

    • Un metro.

    -MONTAJE-

    Sobre el borde de una mesa se fija el soporte, con la pinza en su extremo superior, donde enganchamos el resorte.

    Durante la práctica se van añadiendo las pesas en el extremo inferior del resorte.

    -DESARROLLO-

    El experimento consiste en ir añadiendo pesas de masa 50gr. en el extremo del resorte, midiendo sus longitudes para las distintas fuerzas realizadas por las pesas y mediante los datos obtenidos poder hallar su constante elástica.

  • En primer lugar, y antes de ejercer ninguna fuerza peso sobre el resorte, medimos la longitud del resorte l.

  • A continuación, añadimos una masa de 50grs. y medimos su longitud.

  • Repetimos el procedimiento otras tres veces, con 100, 150, y 200 grs.

  • Una vez hemos medido y anotado sus distintas longitudes del resorte para las distintas fuerzas, ya podemos hallar su constante elástica.

  • Hemos hallado las constantes de tres resortes diferentes:

    Resorte nº 1

    Peso en gramos

    Longitud resorte (cm)

    Variación de longitud l(cm)

    0

    21,7

    0

    50

    23,1

    1,4

    100

    30,7

    9

    150

    38,7

    17

    200

    46,8

    25,1

    K = peso (gp) / l (cm) = 150 / 25,1-1,4 = 6,329113924 gr/cm

    Resorte nº 2

    Peso en gramos

    Longitud resorte (cm)

    Variación de longitud l (cm)

    0

    49,7

    0

    50

    51,1

    1,4

    100

    53,9

    4,2

    150

    57,2

    7,5

    200

    60,9

    11,2

    K = peso (gp) / l (cm) = 150 / 11,2-1,4 = 15,30612245 gr/cm

    Resorte nº 3

    Peso en gramos

    Longitud resorte (cm)

    Variación de longitud l (cm)

    0

    21,8

    0

    50

    23,2

    1,5

    100

    31,1

    9,3

    150

    40,9

    19,1

    200

    50,9

    29,1

    K = peso (gp) / l (cm) = 150 / 29,1-1,5 = 5,434782609 gr/cm

    NOTA: El peso viene dado en gramos peso o pondios. Un gramo peso es la fuerza con la que la Tierra atrae a un gramo de masa.

    ! A partir de las tablas realizamos las gráficas de cada resorte (con su correspondiente error):

    LEY DE LA EVACUACIÓN DEL AGUA DE UNA BURETA

    Objetivo: Se trata de mostrar la influencia que tiene la presión que sufre un líquido contenido en una bureta sobre el tiempo en desalojarse.

    Introducción teórica:

    Una bureta es un tubo de vidrio graduado y provisto de una llave.

    Un líquido contenido en un recipiente (en este caso una bureta) está sometido a una presión (ésta se transmite por el líquido en todas las direcciones y con la misma intensidad) que influye en el tiempo de desalojo del recipiente. A medida que pasa el tiempo, la cantidad de agua que contiene la bureta va disminuyendo y por lo tanto, la presión ejercida sobre el agua es cada vez menor y esto provoca una evacuación cada vez más lenta.

    Procedimiento realizado:

    -MATERIAL-

    • Un soporte.

    • Una bureta compuesta por un tubo de vidrio graduado y una llave.

    • Agua.

    • Un recipiente donde contener el agua desalojada.

    • Un cronómetro (las mediciones de tiempo de nuestro experimento las realizamos con un reloj a falta de un cronómetro).

    -MONTAJE-

    Tras fijar el soporte a una mesa, ajustamos la bureta a este, cerramos completamente la llave, llenamos la bureta de agua (que queda retenida al estar la llave cerrada) y colocamos el recipiente bajo la bureta. Una vez organizado el material y con el reloj en mano, ya podemos realizar la práctica.

    -DESARROLLO-

  • Una vez tenemos la bureta llena de agua, abrimos la llave de manera que empiece a salir un “hilo” de agua..

  • De esta manera, el agua empieza a bajar acercándose a la señal de 0 ml y cuando llega, comenzamos a cronometrar.

  • Vamos anotando el volumen de agua desalojada cada diez segundos, hasta que el agua alcance la última señal (25 ml.)

  • Ya tenemos anotados los valores del volumen desalojado para cada 10 segundos y con estos realizamos la siguiente gráfica: