FISICA: MASA Y DENSIDAD.

1. INTRODUCCIÓN[pic 1]

El presente informe pretende dar a conocer los resultados obtenidos tras la realización de una práctica de laboratorio que buscaremos conocer y diferenciar conceptos como densidad, masa  específico, además de definir cuáles son los instrumentos de medida correspondientes para determinarlos.

Para cumplir con los objetivos de este laboratorio se usaron como instrumentos de medición una balanza, un vernier y como objetos para medir, cuatro metales de diferente masa, tamaño y diámetro, junto con. El proceso que se llevó a cabo fue realizar la medición a cada uno de los objetos con el instrumento de medición necesario, posteriormente se elaboraron los cálculos respectivos a cada uno de ellos para determinar su masa y densidad específico.

Finalmente después de haber obtenido cada uno de los datos requeridos se inició un proceso minucioso de análisis para aclarar cada uno de los términos dados y comparar cada una de sus características y propiedades. Así pudimos determinar que la densidad está dada por la relación entre masa y volumen y que el peso específico es igual a esta por la aceleración de la gravedad (J. F. SCHACKELFORD, 2008).  

1. Objetivo General

• Determinar la masa y la densidad de los sólidos.

• Determinar la densidad de los de sólidos.

1. REVISIÓN DE LA LITERATURA[pic 2]

1. Antecedentes

El concepto de masa surge de la confluencia de dos leyes: la ley Gravitación Universal de Newton y la segunda ley de Newton (o 2º Principio). Según la ley de la Gravitación de Newton, la atracción entre dos cuerpos es proporcional al producto de dos constantes, denominadas masa gravitacional una de cada uno de ellos, siendo así la masa gravitatoria una propiedad de la materia en virtud de la cual dos cuerpos se atraen. Para la física clásica esta identidad era accidental. Ya Newton, para quien peso e inercia eran propiedades independientes de la materia, propuso que ambas cualidades son proporcionales a la cantidad de materia, a la cual denominó "masa". Sin embargo, para Einstein, la coincidencia de masa inercial y masa gravitacional fue un dato crucial y uno de los puntos de partida para su teoría de la relatividad y, por tanto, para poder comprender mejor el comportamiento de la naturaleza. Esto llevó a Einstein a enunciar el Principio de equivalencia: «las leyes de la naturaleza deben expresarse de modo que sea imposible distinguir entre un campo gravitatorio uniforme y un sistema referencial acelerado.» Así pues, «masa inercial» y «masa gravitatoria» son indistinguibles y, consecuentemente, cabe un único concepto de «masa» como sinónimo de «cantidad de materia», según formuló Newton En la física clásica, la masa es una constante de un cuerpo (J. F. SCHACKELFORD, 2008).

Según una conocida anécdota, Arquímedes recibió el encargo de determinar si el orfebre de Hierón II de Siracusa desfalcaba el oro durante la fabricación de una corona dedicada a los dioses, sustituyéndolo por otro metal más barato (proceso conocido como aleación).  Arquímedes sabía que la corona, de forma irregular, podría ser aplastada o fundida en un cubo cuyo volumen se puede calcular fácilmente comparado con la masa. La densidad es un concepto que nació entre los científicos en tiempos en que las unidades de medida eran distintas en cada país, de modo que asignaron a cada materia un número, adimensional, que era la relación entre la masa de esa materia y la de un volumen igual de agua pura, sustancia que se encontraba en cualquier laboratorio (densidad relativa). Cuando se fijó la unidad de masa, el kilogramo, como un decímetro cúbico (un litro), de agua pura, la cifra empleada hasta entonces, coincidió con la densidad absoluta (si se mide en kilogramos por litro, unidad de volumen en el viejo Sistema Métrico Decimal, aunque aceptada por el SI, y no en kilogramos por metro cúbico, que es la unidad de volumen en el SI) (MAC MASTERS, D.M. 1964).

1. Masa

Es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una propiedad intrínseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial  y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una magnitud escalar (S. GIL Y E. RODRÍGUEZ, 2001).

1. Tipos de masa

1. Masa Inercial.

La masa inercial para la física clásica viene determinada por la Segunda y Tercera Ley de Newton. Dados dos cuerpos, A y B, con masas inerciales mA (conocida) y mB (que se desea determinar), en la hipótesis dice que las masas son constantes y que ambos cuerpos están aislados de otras influencias físicas, de forma que la única fuerza presente sobre A es la que ejerce B, denominada FAB, y la única fuerza presente sobre B es la que ejerce A, denominada FBA, de acuerdo con la Segunda Ley de Newton (S. GIL Y E. RODRÍGUEZ, 2001).

1. Masa gravitacional

Considérense dos cuerpos A y B con masas gravitacionales MA y MB, separados por una distancia |rAB|. La Ley de la Gravitación de Newton dice que la magnitud de la fuerza gravitatoria que cada cuerpo ejerce sobre el otro es donde G es la constante de gravitación universal. La sentencia anterior se puede reformular de la siguiente manera: dada la aceleración g de una masa de referencia en un campo gravitacional (como el campo gravitatorio de la Tierra), la fuerza de la gravedad en un objeto con masa gravitacional M es de la magnitud.  (J. F. SCHACKELFORD, 2008).

2.3.        Densidad

En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una magnitud vectorial referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. (MAC MASTERS, D.M. 1964).

2.3.1.        Tipos de Densidad

2.3.1.1.          Absoluta.

La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es expresada en g/cm³. La densidad es una magnitud intensiva (J. FERNÁNDEZ Y E. GALLONI, 1963).

[pic 3]

Siendo  [pic 4], la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia.

2.3.1.2.         Relativa 

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades)

[pic 5]

Donde[pic 6] es la densidad relativa, [pic 7] es la densidad de la sustancia, y [pic 8] es la densidad de referencia o absoluta.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³ (B. L. WORSNOP Y H. T. FLINT, 1964).

                M                  en el S.I. se usa el Kg/m3

     D =                          en el S.I. se usa  el g/cm3[pic 9]

                 V                Ejemplos:   DM2O = 1000Kg/m3

DM2O = 1g/cm3

1. Balanza

La balanza es un instrumento de laboratorio que mide la masa de un cuerpo o sustancia, utilizando como medio de comparación la fuerza de la gravedad que actúa sobre el cuerpo. La palabra proviene de los términos latinos:

• bis que significa dos 
• linx que significa plato. 

¿Para qué se usa la balanza?

La balanza se utiliza para medir la masa de un cuerpo o sustancia o también el peso de los mismos, dado que entre masa y peso existe una relación bien definida (J. F. SCHACKELFORD, 2008).

1. Balanza Analítica

 Funciona mediante la comparación de masas de peso conocido con la masa de una sustancia de peso desconocido. La balanza analítica electrónica mide la fuerza necesaria para contrarrestar la masa que está siendo medida en lugar de utilizar masas reales. Por ello deben tener los ajustes de calibración necesarios realizados para compensar las diferencias gravitacionales.

Utilizan un electroimán para generar la fuerza que contrarreste la muestra a medir y da el resultado midiendo la fuerza necesaria para equilibrar la balanza Dispone de una caja externa que protege la balanza de las interferencias, como corrientes de aire, que pudieran presentarse en el lugar donde se encuentra instalada. En la actualidad, se considera que una balanza analítica es aquella que puede pesar diez milésimas de gramo (0,0001 g) o cien milésimas de gramo (0,00001 g); tienen una capacidad que alcanza generalmente hasta los 200 gramos (MAC MASTERS, D.M. 1964).

...