L1. Experiencia Preliminar

LABORATORIO DE FÍSICA I, L1. EXPERIENCIA PRELIMINAR.

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE FÍSICA LABORATORIO DE FÍSICA I L1. EXPERIENCIA PRELIMINAR. OBJETIVOS 1. Aprender a tomar una medida y conocer la precisión con la cual se hace. 2. Distinguir algunos instrumentos de medición (balanza, calibrador Vernier) y efectuar mediciones con ellos. 3. Determinar la densidad de diferentes objetos.

EQUIPO

Objetos de un mismo material (madera, aluminio u otro), calibrador Vernier, balanza de laboratorio.

MARCO TEÓRICO La descripción y cuantificación de los fenómenos físicos es la tarea fundamental de la física, por eso es importante medir lo observado. La medida siempre involucra interacción con el sistema a medir, es por ello que se debe tener en cuenta cómo se toma la medida y con qué precisión se hace para tener idea del grado de certidumbre de nuestros resultados. Cuando se realiza una medición es necesario considerar conceptos como, exactitud, resolución y precisión. Se entiende por exactitud la cercanía del valor experimental obtenido, con el valor exacto de dicha medida. El valor exacto de una magnitud física es un concepto utópico, ya que es imposible conocerlo sin incertidumbre alguna. La resolución es un concepto relacionado con el dispositivo. Por ejemplo si se quiere medir la longitud de una varilla metálica utilizando una regla graduada en milímetros, se puede asegurar que la mínima fracción que se puede detectar es 1 mm; la resolución se puede definir como la unidad más pequeña que puede detectar un determinado instrumento de medición. El concepto de precisión también hace referencia el método experimental utilizado, y se entiende como la repetitividad de los resultados experimentales (dentro de los márgenes más estrechos posibles), obtenidos al realizar varias veces una misma experiencia dentro de las mismas condiciones. Uno de los principales objetivos del denominado cálculo de error, consiste en reducir el valor de dichas imprecisiones, denominadas errores experimentales. Uno de los objetivos de esta práctica de laboratorio consiste en determinar la densidad de diferentes objetos. La densidad de una sustancia homogénea, simbolizada habitualmente por la letra griega ro ( ρ ), es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. Su unidad en el Sistema Internacional es el kg m3  , aunque UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER, SEDE SOCORRO.

1

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frecuentemente se expresa en g cm3  . La densidad de un objeto es una magnitud extensiva y se puede determinar a partir de,

ρ=

m , V

(1)

donde m es la masa del objeto y V su volumen. 2

TEMAS PARA CONSULTA

- Método de mínimos cuadrados. - Fórmulas para volúmenes de algunos sólidos (esfera, paralelepípedo, cilindro, cilindro hueco, cono, cuña).

BIBLIOGRAFÍA

1. Método de mínimos cuadrados (Least-Squares Fitting): Taylor J. R. Introduction to Error Analysis (2 ed. 1997), page 181.

PROCEDIMIENTO

1. Utilizando un calibrador Vernier mida las longitudes características de cada uno de los objetos (las longitudes características son aquellas que permiten calcular el volumen) y registre sus datos en las tablas correspondientes. Se deben registrar cuatro datos por cada longitud característica. 2. Utilizando una balanza mida la masa de cada uno de los objetos, registre el valor en la tabla correspondiente.

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE DATOS

1. Para cada uno de los objetos, complete: Objeto:

Medida 1

Medida 2

Medida 3

Medida 4

Promedio

Masa:

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

Longitud característica 1: Longitud característica 2: Longitud característica 3: Tabla 1.

2. Utilizando las fórmulas respectivas calcule los volúmenes de los objetos y complete la Tabla 2. 3. Teniendo en cuenta los datos de la Tabla 2, realice en una hoja con escala milimétrica la gráfica de V (eje vertical) como función de m (eje horizontal). Encuentre por el método de mínimos cuadrados (regresión lineal)

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el punto de corte, la pendiente y la correlación de la recta de ajuste. Use su calculadora científica para obtener estos valores. V  cm3 

m [g ]

Objeto

ρ g cm3 

3

Tabla 2.

4. La recta de ajuste del numeral 3 es de la forma, (2)

V = A + Bm ,

donde A y B representan el punto de corte y la pendiente calculados en el numeral 3. Teniendo en cuenta las ecuaciones (1) y (2) se puede deducir que, 1 B

ρ= .

(3)

Calcule la densidad a partir de la ecuación (3), asuma que este valor corresponde al valor calculado a partir del método de mínimos cuadrados. 5. Complete la siguiente tabla de datos.

ρ g cm3 

ρmin g cm3 

ρ teo g cm3 

%Error1 =

100 ρ − ρ teo

ρ teo

%Error2 =

100 ρmin − ρ teo

ρ teo

Tabla 3.

En la tabla anterior ρ corresponde a la densidad promedio calculada con los datos de la última columna de la Tabla 2, ρmin corresponde a la densidad calculada a partir de la ecuación (3), y ρteo a la densidad teórica.

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HOJA DE DATOS L1. EXPERIENCIA PRELIMINAR. Fecha:

Grupo:

Subgrupo:

Instrumento de medición: _____________________________________ Resolución: ___________________ Instrumento de medición: _____________________________________ Resolución: ___________________ 4

La resolución hace referencia al valor más pequeño que se puede medir con el instrumento de medición. Material de los objetos: Densidad teórica ρteo :

Objeto:

Medida 1

Medida 2

Medida 3

Medida 4

Promedio

Masa:

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

Longitud característica 1: Longitud característica 2: Longitud característica 3: Tabla 1.

Objeto:

Medida 1

Medida 2

Medida 3

Medida 4

Promedio

Masa:

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

Longitud característica 1: Longitud característica 2: Longitud característica 3: Tabla 2.

Objeto:

Medida 1

Medida 2

Medida 3

Medida 4

Promedio

Masa:

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

Longitud característica 1: Longitud característica 2: Longitud característica 3: Tabla 3. UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER, SEDE SOCORRO.

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Objeto:

Medida 1

Medida 2

Medida 3

Medida 4

Promedio

Masa:

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

Longitud característica 1: Longitud característica 2: Longitud característica 3:

5

Tabla 4. Objeto:

Medida 1

Medida 2

Medida 3

Medida 4

Promedio

Masa:

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

[cm]

Longitud característica 1: Longitud característica 2: Longitud característica 3: Tabla 5.

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