PRÁCTICA DE LABORATORIO Física y Química. 1º Bachiller.

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
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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.
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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
1ª
2ª
Longitud l
l = 2,12m
l = 1,39m
Nº oscilaciones
50
50
Tiempo t
t = 2min 26seg
t = 1min 58seg
Periodo T
T = t/50 = 2,29 seg
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:
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• 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
0
50
100
150
200
Longitud resorte (cm)
21,7
23,1
30,7
38,7
46,8
Variación de longitud l(cm)
0
1,4
9
17
25,1
K = peso (gp) / l (cm) = 150 / 25,1−1,4 = 6,329113924 gr/cm
Resorte nº 2
4
Peso en gramos
0
50
100
150
200
Longitud resorte (cm)
49,7
51,1
53,9
57,2
60,9
Variación de longitud l (cm)
0
1,4
4,2
7,5
11,2
K = peso (gp) / l (cm) = 150 / 11,2−1,4 = 15,30612245 gr/cm
Resorte nº 3
Peso en gramos
0
50
100
150
200
Longitud resorte (cm)
21,8
23,2
31,1
40,9
50,9
Variación de longitud l (cm)
0
1,5
9,3
19,1
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).
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−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:
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