Instrumentos de medida

¿Qué sería un buen blog de ciencia si no empezamos por lo básico?

Antes de intentar hacer nada es muy importante que dispongamos de las herramientas necesarias y sepamos como utilizarlas.

1-

Una de las más comunes es la balanza, que mide la masa de un cuerpo:

En el ámbito científico las electrónicas son las más utilizadas dada su mayor precisión. Suelen tener una bandeja en la que depositamos el cuerpo que deseemos pesar y un botón para tarar la balanza, que para el que no conozca el significado de la palabra es resetear a 0 el peso de la balanza una vez está marcando una masa determinada, esto nos sirve para colocar recipientes en la balanza sin que nos diga su peso.

La precisión de estas balanzas puede ir desde decigramos hasta miligramos, por lo que su sensibilidad es de un microgramo (Aunque las hay más precisas). Tienen una gran exactitud dado que no se descalibran fácilmente, así que podemos confiar en ellas casi a ciegas, y su medición al ser electrónica es inmediata.

Otro instumento también muy útil es el llamado calibre, que ofrece mediciones de longitud muy precisas, que dentro de un laboratorio son necesarias, dado que un error de 1 cm puede desbaratar todos los cálculos, y suelen tener una precisión de hasta 0,05 milímetros. La mayor desventaja que encontramos al utilizar este aparato de medición es que su utilización es un tanto laboriosa y requiere más atención que por ejemplo una regla, pero a cambio siempre da la misma longitud, porque su margen de error es muy pequeño.

Calibre convencional

Otro de los "must have" dentro de un laboratorio es un dinamómetro, que mide en Newtons. El peso de un objeto es el resultado de multiplicar su masa por la aceleración del campo gravitatorio en el que se encuentra, que es coloquialmente confundido con el concepto de masa.

El dinamómetro analógico consiste de un muelle en un tubo de cristal o plástico el cual se cuelga en un soporte fijo y se cuelga el objeto a medir de un gancho, con el objetivo que este en caída libre.

Dinamómetros de distintos colores

Los hay de muchos tipos, colores, y tensiones de muelle, esta ultima variable es fundamental para medir distintos objetos de masas distintas,  porque aunque no sean lo mismo, dentro de un mismo campo gravitatorio mas masa es igual a mas peso, su medición es rápida y tiene una precisión de hasta 0,01 Newtons, además de que son bastantes exactos.


2-

La unidad de medida del peso en el SI es el Newton (N) y la de la masa es el kilogramo (kg), aunque existen otras unidades para el peso (el kilopondio) y la masa (el gramo). El volumen se suele medir en litros o metros cúbicos.

El kg es una magnitud fundamental, mientras que el newton, el kilopondio, el gramo, el metro cúbico y el litro son magnitudes derivadas.

Ecuación de dimensiones

Newton

Litro

Metro cúbico

Gramo

Todo este tipo de información nos sirve para poder realizar experimentos e hipótesis en el laboratorio. 

3-

Ahora vamos a calcular la masa de las dos esferas que aparecen en el experimento gracias a la información aportada por el problema :

Con los datos que marcaba la balanza hay discrepancias en ambos casos. Estas diferencias se pueden deber a que, cuando se calcula la masa, al final da en ambos casos números con infinitos decimales, y como el número con el menor número de cifras significativas tenía dos, expresamos el resultado con dos cifras significativas. Por ello la masa de la esfera plateada da 68 g y la balanza marca 68,5 g (si nos fijamos en los siguientes decimales podemos ver como se aproximaban mucho al resultado de la balanza) y la masa de la esfera negra da 22 g y la balanza marca 22,5 g (también podemos observar como, por el resto de cifras decimales, se aproximaba mucho al resultado de la balanza).

El diámetro de ambas esferas es de 2,5 cm.

4-

En este apartado nos pide calcular el volumen de ambas esferas (que es el mismo, según dice el problema) y luego con el dato experimental de la masa del apartado 2 calcular la densidad de cada esfera:

Este resultado se ha redondeado a una cifra significativa, ya que la cifra con menor número de cifras significativas tiene una.

Luego, sabiendo que D= M / V

Sabiendo las densidades de estas esferas puedo intentar deducir que el material de la esfera negra es aluminio y que el de la plateada puede ser hierro, cobalto, cobre o níquel (ya que, al ser estos datos experimentales, los valores de las densidades obtenidas no coinciden exactamente con las de cada elemento,  por lo que la única que sé casi con certeza es la de la esfera negra).

5-

Los datos que hemos obtenido de cada bola son los siguientes:

Bola negra:

Peso: 0.22N

Al sumergirla: 0.14 N

Masa 22.5 g

Volumen: 8cm³

Bola plateada:

Peso: 0.68 N

Al sumergirla: 0.59 N

Masa: 68.5 g

Volumen: 8cm³

Debido a que el volumen de las esferas es el mismo (8cm3), el empuje va a ser el mismo cuando metamos las esferas en el agua:

E = V _{fluido desalojado} · d _líquido · g

Para realizar esta ecuación tenemos que saber que el volumen del fluido desalojado es igual al volumen del cuerpo sumergido, en este caso, 8cm³ y que 1 kilogramo por metros partido por segundos al cuadrado (1kg·m/s²) es la expresión equivalente a Newtons.

E= 8·10^-6 m³· 1kg/m³ · 9.8m/s² = 7.84 · 10^-5 kg·m/s² = 7.84 · 10^-5 N

El empuje es el mismo debido a que la masa de las bolas no influye en la fuerza de empuje, la densidad del fluido es la misma ya que en los dos casos sumergimos la bola en agua, y que, como hemos comprobado en el punto anterior, las dos bolas tienen el mismo volumen. Este empuje provoca que el peso de ambas bolas disminuya respecto a los valores experimentales.