ACTIVIDAD 5. DENSIDADdoc

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONALUNEFA – NÚCLEO YARACUY

ACTIVIDAD 5. OPERACIONES FUNDAMENTALES EN EL LABORATORIO Y

DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UNA MUESTRA PROBLEMA

Objetivos

Determinar la densidad de sólidos por dos métodos:

A partir del empuje que experimental al ser sumergidos en líquidos de densidad

conocida.

Midiendo las dimensiones del sólido y calculando su volumen a partir de ellas.

Identificar muestras de líquidos desconocidos, a partir de su densidad.

Introducción

La materia, conocida como todo aquello que nos rodea y que posee masa y volumen,

presenta dos propiedades que permiten su caracterización e identificación. Estas propiedades

se muestran en el siguiente diagrama:

Entre las propiedades intensivas o características, (¿por qué reciben éste nombre?), se

encuentra la densidad. La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el

volumen que éste ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (Kg.) y el

Ing. Carlos Rivero/2008 Página 1 de 7

PROPIEDADES DE LA MATERIA

EXTENSIVAS(No características)

INTENSIVAS(Características)

Dependen del tamaño de la muestra

MasaVolumen

Peso

No dependen del tamaño de la muestra

Estado físicoColor

Temperatura de fusiónTemperatura de ebullición

Densidad



volumen en metros cúbicos (m3), la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico

(Kg. /m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado

pequeña. Para el agua, por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es

decir, de 0'001 m3, la densidad será de:

La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de

usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele

emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr. /c.c.), de esta forma la

densidad del agua será:

Las medidas de la densidad quedan, en su mayor parte, ahora mucho más pequeñas y

fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a otra basta con multiplicar o dividir por mil.

Cuadro 1. Densidad de algunos líquidos

Sustancia Densidad (g/ml)

Agua 1

Vinagre 1.008

Alcohol isopropílico 0.79

Agua oxigenada 1.4

Aceite 0.92

Acetona 0.79

Etanol 0.81

Glicerina 1.26

Benceno 0.90

Principio de Arquímedes

Resulta evidente que cada vez que un cuerpo se sumerge en un líquido es empujado de

alguna manera por el fluido. A veces esa fuerza es capaz de sacarlo a flote y otras sólo logra

provocar una aparente pérdida de peso. Pero, ¿cuál es el origen de esa fuerza de empuje?

¿De qué depende su intensidad?




Sabemos que la presión hidrostática aumenta con la profundidad y conocemos también

que se manifiesta mediante fuerzas perpendiculares a las superficies sólidas que contacta.

Esas fuerzas no sólo se ejercen sobre las paredes del contenedor del líquido sino también

sobre las paredes de cualquier cuerpo sumergido en él.

Distribución de las fuerzas sobre un cuerpo sumergido

Imaginemos diferentes cuerpos sumergidos en agua y representemos la distribución de

fuerzas sobre sus superficies teniendo en cuenta el teorema general de la hidrostática. La

simetría de la distribución de las fuerzas permite deducir que la resultante de todas ellas en la

dirección horizontal será cero. Pero en la dirección vertical las fuerzas no se compensan: sobre

la parte superior de los cuerpos actúa una fuerza neta hacia abajo, mientras que sobre la parte

inferior, una fuerza neta hacia arriba. Como la presión crece con la profundidad, resulta más

intensa la fuerza sobre la superficie inferior. Concluimos entonces que: sobre el cuerpo actúa

una resultante vertical hacia arriba que llamamos empuje.

El Principio de Arquímedes puede enunciarse de la siguiente manera:

“Cualquier cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido es empujado hacia arriba

por una fuerza que es igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo”.

Consideremos un cuerpo

cilíndrico de altura h y donde A

es el área de las bases,

sumergido en un fluido cuya

densidad es ρ. La presión sobre

la base superior es P1 y sobre la

base inferior es P2. Estas

presiones dan lugar a las

fuerzas verticales y contrarias

F1 = P1A sobre la base superior

y F2 = P2A hacia arriba sobre la

cara inferior del cilindro.




¿Cuál es el valor de dicho empuje?

Del diagrama se obtiene que el modulo de la fuerza resultante (empuje (E)), sobre el

cilindro y hacia arriba, viene dado por la ecuación:

Gracias al Teorema Fundamental de la Hidrostática se sabe que la diferencia de presión

en las dos superficies viene dada por la ecuación:

¿Como hace un barco para flotar?

Pues bien, el mismo está diseñado de tal manera para que la parte sumergida desplace un

volumen de agua igual al peso del barco, a la vez, el barco es hueco (no macizo), por lo que se

logra una densidad media pequeña. En el caso de los submarinos, tienen un sistema que le

permite incorporar agua y de esta manera consiguen regular a sus necesidades la densidad

media de la nave.

De su Interés

1. ¿Cuál es la diferencia entre las propiedades intensivas y las extensivas?

2. ¿Cuál es la fórmula para calcular el volumen de los siguientes cuerpos: esfera,

cilindro, paralelepípedo y cono?

3. Si usted lanza un cuerpo sólido en otro líquido, pueden presentarse tres

situaciones:

Que el sólido se sumerja hasta el fondo del recipiente.

Que el sólido flote sobre el líquido.

Que el sólido se sumerja sin llegar hasta el fondo del recipiente

Explique, en función de la densidad, el por qué de los casos antes mencionados.


En función del peso específico En función de la densidad



4. ¿Qué dice el teorema fundamental de la hidrostática?

Trabajo de Laboratorio

Equipos Reactivos

Piedras pequeñas Acetato de parafina

Vela Alcohol etílico

Esferas Acetona

Tacos de madera (pequeños) Alcohol isopropílico

Anillos Agua oxigenada

Vinagre

Aceite

Glicerina

Benceno

Actividad 1: Determinar la Densidad de Sólido Regulares

Procedimiento 1: mediante procedimientos matemáticos.

Tomar tres muestras de sólidos regulares.

Medir su masa y calcular su volumen.

Anote los resultados en la cuadro 2.

Procedimiento 2: aplicando el principio de Arquímedes.

Colocar en tres vasos de precipitado un volumen conocido de agua.

Sumergir las muestras y medir el volumen desplazado por cada una.


Complete el cuadro 2 con la información faltante.

Cuadro 2. Densidad de sólidos regulares, obtenida por método matemático y por método

analítico (Principio de Arquímedes)

Muestra Forma Masa (g) Volumen

(ml)

Empuje

(g*cm/seg2)

Densidad

Matemática

(g/ml)

Densidad

por Empuje

(g/ml)




Actividad 3: Determinar la Densidad de Sólido Irregulares

Procedimiento: aplicando el principio de Arquímedes.

Colocar tres vasos de precipitado un volumen conocido de agua.

Sumergir las muestras y medir el volumen desplazado por cada una.


Complete el cuadro 3 con la información faltante.

Cuadro 3. Densidad de sólidos irregulares, obtenida por método analítico (Principio de

Arquímedes)

Muestra Forma Masa (g) Volumen

(ml)

Empuje

(g*cm/seg2)

Densidad por

Empuje (g/ml)

Actividad 2: Identificar muestras de Líquidos Desconocidos a partir de su Densidad

Procedimiento:

Tome dos muestras de líquido desconocido.

Mida la masa y el volumen de cada uno por separado.

Proceda a completar el cuadro 4.

Cuadro 4. Identificación de sustancias líquidas a partir de su densidad.

Muestra Color Olor Masa (g) Volumen (ml) Densidad por

Empuje (g/ml)

Identidad de

la Sustancia

1

2




3

Elabore un informe en el cual explique el por que de lo observado y de los

resultados obtenidos.

Referencias

Brady, J. (1999). Química básica. México. Limusa.

Portal planeta Sedna. http://www.portalplanetasedna.com.ar/principio02.htm


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