1) Dinamómetro, balanza y calibre.
A lo largo de los tiempos, se han utilizado diferentes instrumentos para intentar medir las magnitudes. Existen muchos de ellos, cada uno con unas características y más adecuados para unas determinadas situaciones, ya que no todos poseen la misma precisión ni exactitud, y dependiendo del objeto que queramos medir será más conveniente un tipo de instrumento de medida.
EL DINAMÓMETRO
Este instrumento fue inventado por Isaac Newton y sirve para medir fuerzas, como consecuencia de su inventor, las medidas se toman en Newtons, es decir:
Este instrumento consiste generalmente de un muelle contenido en un cilindro de plástico, cartón o metal normalmente con dos ganchos cada uno en un extremo (como podemos observar en la fotografía). En la superficie del cilindro hueco que rodea el muelle podemos encontrar una escala para medir la fuerza que ejerce la Tierra sobre el objeto medido.
El dinamómetro se caracteriza por ser un instrumento de gran precisión aunque ésta varía en función de la unidad medida, es decir, no es lo mismo que un dinamómetro que mida el peso de un gato hidráulico industrial que el dinamómetro mida el peso de una bolígrafo. Nos explicamos, el dinamómetro deberá poder medir lo más exacto posible a los objetos colgados para que así, si se quiere medir un objeto muy pesado no sea colocado en un dinamómetro que sea capaz de medir hasta muy pocos Newtons, por lo que el muelle no podrá marcar su peso real. Por esto, existen diversos dinamómetros, unos están diseñados para medir pesos más pequeños y otros para medir pesos más grandes y así aumentar su precisión y exactitud. Realmente el dinamómetro no es un instrumento muy exacto, es preciso, pero a la hora de tomar el dato obtenido se debe aproximar según tu criterio y según creas que se sitúa el indicador. Obviamente, cuanto menos Newtons haya entre las subdivisiones de su escala, se podrá tomar con más exactitud el dato de su peso.
Para ello, también es muy importante tenerlo bien ajustado para verificar la precisión de la medida, para ello el muelle deber marcar sobre la escala el nivel 0.
Es vital tener en cuenta para la utilización del dinamómetro que el muelle que tiene en su interior consta de un límite de elástico, lo que queremos decir es que si nosotros aplicamos una fuerza superior a la permitida para el cursor éste experimentara una deformidad inamovible produciendo así su inutilización.
LA BALANZA:
Las balanzas son palancas de primer grado de brazos iguales y son utilizadas para realizar mediciones de masa cuyo grado de calibración depende de la precisión del instrumento, es decir, cuanto mejor confeccionada está una báscula mejor centrado está el punto de equilibrio y, por lo tanto, su calibración será más precisa; igualmente, ese instrumento destaca por su gran precisión. Para medir la masa de un objeto se colocará en un brazo éste y en el otro una serie de pesos para así llegar a conseguir un punto de equilibrio entre ellos, y poder determinar la masa de éste.El rango de medida y la precisión, es decir la capacidad de discriminación de ésta ,vendrá dado por la unidad de medida: alguna será el gramo, otro será el kilo...Dependiendo del tipo de balanza y de su calibración que utilicemos nos dará la precisión en una medida u en otra.
Las balanzas a lo largo de la historia han experimentado una serie de cambios muy notables, se ha pasado de utilizar las balanzas tradicionales, de funcionamiento mecánico a balanzas electrónicas para conseguir así medidas más exactas y precisas.
Para que la medida sea exacta en las balanzas tradicionales, antes de levantar los brazos de ésta no debe haber ningún peso en ninguno de ellos y lo más importante, debe estar equilibrada. En las balanzas electrónicas es mucho más sencillo, todo lo que haya colocado encima de ella antes de encenderla se tomará como que su masa es 0 kg.
Esta imagen corresponde a una balanza digital de laboratoria, mientras que la de arriba es una balanza mecánica
EL CALIBRE
Es un instrumento de medida también llamado “Pie de rey” que sirve para medir dimensiones de objetos relativamente pequeño desde centímetros hasta milímetros. Es muy delicado y debe manejarse con habilidad y delicadeza.
Consta de una regla con una escuadra en un extremo (sistema métrico decimal), sobre la cual se desliza otra destinada a indicar la medida del objeto sobre una escala. Para conseguir una mayor precisión utilizamos el Nonio…Pero ¿Qué es el nonio?
El nonio es una segunda escala auxiliar que sirve para medir ángulos o simplemente longitudes con mayor exactitud de la ya obtenida por la regla propia del calibre.
Existen distintos calibres, en general, suelen estar medidos en centímetros, pero también existen otros muchos con utilidades muy específicas como industrias tecnológicas, que estas pueden estar medidos hasta en centésimas de milímetro con las que obtenemos con una alta exactitud la medida de un objeto.
Es importante saber que gracias al calibre y a la regla que lo forma podemos hallar con precisión las medidas del objeto medido, pero gracias al nonio podemos saber ésta con una casi plena exactitud.
2) ¿Cuáles son las unidades en las que se miden el peso, la masa y el volumen?
Todos los cuerpos están hechos de materia. Algunos tienen más materia que otros. Por ejemplo pensemos en dos pelotas una de ping-pong y otro de golf. Aunque se vean aparentemente más o menos del mismo tamaño, una tiene más materia que la otra. Como la masa es la cantidad de materia de los cuerpos, diremos que la pelota de golf tiene más masa ya que está constituida por materiales más densos.
La unidad de medida de la masa en el sistema internacional es el kilogramo aunque también es bastante común el uso de gramos, y se puede medir usando una balanza . Se puede calcular de bastantes maneras, puesto que está presente en diversas ecuaciones. Una de ellas en la densidad : D=m /V ; otra la de el peso: P= mg; también se puede calcular gracias a los moles que contiene una cantidad de un material, etc.
Pero, en definitiva, ¿cuál pesa más? ¿La pelota de golf o la de ping-pong?
Hoy en día hacemos uso de un término coloquial que es erróneo, el peso no es lo mismo que la masa. Es decir, lo que entendemos por peso en el lenguaje coloquial es la masa, el peso es la fuerza con la que un cuerpo es atraído por la Tierra, y ésta depende de su masa y de la gravedad de la Tierra, que es constante.
Por esto, si una persona fuera a la luna su masa sería la misma (ya que esta no varía en función de nada), pero su peso cambiaría puesto que la gravedad de la luna no es la misma que la de la Tierra, por lo que los cuerpos son atraídos de distinta manera. Esta fuerza de atracción que se ejerce se mide en Newtons, en la que interviene, como ya hemos nombrado, la gravedad ( m/s^2) y la masa del cuerpo que se mide en kilogramos . Esta fuerza también puede ser medida en kilopondios o kilogramos-fuerza, aunque según el Sistema Internacional se deben utilizar los Newtons (N).
De ahí la fórmula:
P= mg
Como conclusión, la pelota de golf pesa más que la pelota de ping-pong, porque su masa es mayor.
Pero, ¿cuál de las dos tiene un mayor volumen?
El volumen es el espacio ocupado por un cuerpo, la unidad de medida de éste es el metro cúbico según el sistema internacional. También se puede medir en decímetros cúbicos, centímetros cúbicos, litros ...
Se puede calcular de distintas maneras, una de ellas es con la misma ecuación de la densidad, pero despejando V, es decir: d= m/V V= m/d
O simplemente se puede calcular de una manera más práctica con la fórmula del volumen del objeto, en este caso como es una esfera, podríamos decir que es :
Finalmente, esto quiere decir, que de estas tres variables, en objetos idénticos, pero formados por distintos componentes, lo que varía es la masa que tiene cada uno, y como consecuencia el peso, ya que éste depende de la masa, pero el volumen es el mismo.
En la esfera negra, la masa teórica es de 22,5 g, y según nuestros cálculos es de 0,022 kg, que es lo mismo que 22 g
Hay unas pequeñas diferencias entre ambos datos de ambas esferas, esto puede ser debido por distintas razones, como la inexactitud del dato de la gravedad, que realmente tiene más decimales, y otra razón, y probablemente más relevante, que el dato del peso es realmente aproximado según lo observado en el dinamómetro, que aunque sea preciso no es exacto, ya que depende de la observación y consideración de la persona que mire. Al haber las dos variables con ligeras diferencias, hace que el dato no sea exactamente igual, pero si que se aproxima mucho al dato teórico.
4. Volumen esferas
Ambas esferas, al ser iguales, tienen el mismo diámetro que hemos medido con el calibre, y es de 2,53 cm. A partir de esto podemos hayar el volumen con la fórmula para hayar el volumen de la esfera, ya dicha anteriormente. Antes de realizar ningún cálculo, se puede deducir que ambas dos tendrán el mismo volumen, puesto que tienen el mismo diámetro.
No se puede observar con excesiva claridad las imágenes, pedimos disculpas, el volumen de ambas esferas como podemos observar en los cálculos es 8,36cm^3
También, con la masa obtenida en el punto anterior podemos calcular la densidad de ambas esferas.
La densidad de la esfera metálica es 0,008kg/cm^3, es decir, 8·10^-3kg/cm^3. Hemos investigado sobre qué tipo de material podría tratarse y el material con una densidad más próxima es el Gadolinio, que pertenece a los elementos de las tierras raras.
La densidad de la otra esfera es 0,003 kg/cm^3, que expresado en notación científica es igual a 3·10^-3/cm^3. También hemos podido averiguar de qué tipo de material se trata y corresponde al aluminio, o al menos es el material con una densidad más próxima (0,0027 kg/cm^3).
El empuje para ambas esferas es el mismo, esto se debe a que el empuje no depende de la masa del objeto, sino de su volumen. La empuje es la fuerza vertical y hacia arriba que ejerce el agua sobre éste, y el empuje es el mismo independientemente de su masa. Es igual que el experimento que hizo Galileo al tirar dos materiales del mismo volumen desde la Torre Pisa, la Tierra les atrae a ambos de la misma manera ( gravedad), aunque no tengan la misma masa. En el caso del empuje funciona de forma parecida. Por lo tanto, el agua ejercerá un empuje igual para ambas esferas.
Experimentalmente, el empuje es de 0,08 N, ya que, como hemos podido observar en el vídeo, la esfera negra ha pasado de tener un peso de 0,22N a un peso de 0,14N y la metálica de 0,68N a uno de 0,6N.
Para asegurarnos de ello, lo hemos comprobado teóricamente, y el empuje es de 0,082N. Hay unas discrepancias mínimas y éstas se pueden deber a la inexactitud del dinamómetro, pero son casi inapreciables.
Faltan las ecuaciones de dimensiones en el punto 2.
ResponderEliminarCuidado con las faltas de ortografía(hayar por hallar) y otros errores ("ambas dos" es reiterativo) Reducen el interés de la lectura.
4. El aluminio encaja, el otro no lo he oído en mi vida y dudo mucho que sea el elemento de que está hecha la esfera. ¿No será un compuesto? ¿Por ejemplo acero?
Desde el punto de vista de los cálculos es un excelente trabajo. Las ideas están muy claramente expuestas.
Echo de menos vínculos (valen los que he puesto en mi entrada), las imágenes que avalan vuestras conclusiones (obviamente las de mi entrada) y por último una conclusión.