Proyecto de tension superficial, capilaridad y elasticidad.docx

INDICE

Contenido RESUMEN ......................................................................................................... 2 INTRODUCCION ............................................................................................... 3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: ............................................................... 4 HIPÓTESIS ........................................................................................................ 4 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 4 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................... 4 FACTIBILIDAD ................................................................................................... 5 MARCO TEORICO ............................................................................................. 5 CONSTRUCCION DEL EXPERIMENTO ......................................................... 13 OBJETIVO DEL EXPERIMENTO ................................................................. 15 MATERIALES ............................................................................................... 15 PROCEDIMIENTO ........................................................................................ 16 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 18 BIBLIOGRAFIA Y WEBGRAFIA ....................................................................... 18  ANEXOS ......................... ............ .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ................ ... 19

RESUMEN

La tensión superficial y la capilaridad son dos de las características físicas que están presentes en el agua y son estudiadas por una rama de la física denominada hidrostática que comprueban cada una de estas particularidades ,entonces nuestro proyecto consta de una pecera de cristal llena de agua de tiempo (agua en reposo al aire libre para que el cloro presente en ella se disipe) a la cual la hemos mezclado con glicerina y jabón líquido en proporciones convenientes para que nuestra proyecto

cumpla con el fin establecido

,simultáneamente hemos elaborado cuerpos solidos de varilla: un cubo ,una esfera ,un prisma de cara triangular y un prisma cara rectangular . Nuestro proceso experimental consiste en introducir a la pecera con el agua mezclada los cuerpos geométricos y debido a que la tensión superficial y la capilaridad han sido modificadas por el agua preparada dentro de la figura de varilla se forma una burbuja con la misma imagen del cuerpo en una dimensión más pequeña y en el centro de la misma luego de esto introducimos un sorbete al centro de la formación de burbuja y a través de este insertamos humo conservando la figura. Por segundo experimento de complemento hemos realizado un cilindro rodante de lata el cual en su interior tiene una liga en el eje de giro del cilindro de la cual suspende un grupo de masas y al echar a rodar el cilindro la liga elástica y las masas se enrollan hasta cierto límite y debido a la fuerza elástica presente y la reacción del resorte de volver a la normalidad fuerza a las masas a volver a su posición inicial haciendo q el cilindro gire de nuevo de retro.

INTRODUCCION En el presente experimento cuando se trata de los líquidos, su superficie se comporta como si fuera una membrana elástica tensa, propiedad que se conoce como tensión superficial. Esto se debe a que cualquier partícula en el seno de un líquido se encuentra rodeada de otras partículas que ejercen sobre ellas fuerzas iguales en todas direcciones, por lo que se equilibran entre sí; otras partículas que se encuentran en la superficie libre, solo están rodeadas por un lado por partículas que, al atraerla hacen que aparezcan fuerzas laterales en todas direcciones que tienden a disminuir el área de la superficie libre del líquido, y una fuerza hacia el interior del líquido que tiende a disminuir su volumen.  A muchas personas, al menos una vez en su vida, se le ha roto un termómetro de mercurio, hecho lamentable un poco por su valor y otro tanto por lo costoso que es juntar las pelotitas que forma el material sobre la superficie en que se derramó. Pero, ¿alguien alguna vez se preguntó por qué esta sustancia forma esas bolillitas? Esto sucede debido a la tensión superficial, una propiedad específica de la materia. La elasticidad mide la sensibilidad de una variable a otra. Concretamente es una cifra que nos indica la variación porcentual que experimentará una variable en respuesta a una variación de otra de uno por ciento.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: ¿Cómo se demuestran las leyes de tensión superficial, capilaridad, y elasticidad en la vida cotidiana?

HIPÓTESIS

La tensión superficial de los fluidos presenta variaciones dependiendo del fluido y de su temperatura, y es afectada, en caso de una solución acuosa, por la sustancia que se le agregue al agua. La elasticidad presenta variaciones dependiendo de la fuerza que se le aplica, y esta afectará a la deformación del objeto.

OBJETIVO GENERAL

Demostrar la aplicación de la tensión superficial, capilaridad y elasticidad en la vida cotidiana

OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Analizar las leyes que rigen la tensión superficial, capilaridad y elasticidad.



Determinar la utilidad de las leyes de la tensión superficial, capilaridad y elasticidad en la vida cotidiana.



Construir un experimento que verifique las leyes aplicadas.

FACTIBILIDAD

Va dirigido a los estudiantes, docentes, personal administrativo de la Universidad Central del Ecuador, junto con los colegios invitados por parte de la carrera a la casa abierta.

MARCO TEORICO

Fluido:

Se le llama a toda sustancia que puede fluir. Los líquidos y gases son fluidos porque sus moléculas presentan poca resistencia al movimiento relativo entre ellas. Las fuerzas de cohesión son pequeñas e incluso ínfimas.

La densidad de un fluido se define como el cociente entre su masa y su volumen: la densidad es una magnitud escalar y en el sistema internacional se mide en (kg/metro cúbico) . Teniendo la densidad de un líquido y el volumen que ocupa podemos calcular el peso del fluido que seria el producto de su volumen por su densidad, se debe tener que el peso es una magnitud vectorial y esta dirigida hacia abajo.

 Aparte de ejercer una fuerza hacia abajo llamada peso también ejercen una fuerza llamada empuje que actúa sobre las paredes verticales del recipiente que lo contiene.

Capilaridad: Es la cualidad que posee una sustancia de absorber a otra. Sucede cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas (pegadizas) del líquido. Esto causa que

la lámina tenga una forma cóncava cuando el líquido está en contacto con una superficie vertical.

Ley de Jurin: La ley de Jurin define la altura que se alcanza cuando se equilibra el peso de la columna de líquido y la fuerza de ascensión por capilaridad. La altura h en metros de una columna líquida está dada por la ecuación: =

 

Dónde: Ángulo de contacto.= tensión superficial interfacial (N/m) θ  = ángulo de contacto  ρ = densidad del líquido (kg/m³)

 g  = aceleración debida a la gravedad (m/s²) r  = radio del tubo (m)

Adherencia Es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos. También se define como la atracción mutua entre superficies de dos cuerpos puestos en contacto.  Al sacar una varilla de vidrio de un recipiente con agua, ésta se moja porque se adhiere al vidrio.

Acción capilar; Dependiendo del ángulo de contacto, puede ocurrir que el lí quido ascienda (θ <

90°) o descienda (θ > 90°) por un tubo estrecho (capilar) una cierta altura h, lo que se denomina capilaridad o acción capilar. En efecto: en el equilibrio, el peso de la columna de líquido se compensará con la componente vertical de las fuerzas de cohesión (debida a la tensión superficial). Las fuerzas de adhesión no intervienen (son perpendiculares a la superficie del tubo).

Cohesión Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia, es decir, es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo. En los líquidos, la cohesión se refiere a la tensión superficial, causada por una fuerza no equilibrada hacia el inferior del liquido que actúa sobre las moléculas superficiales y también en la transformación de un líquido en sólido.

Fuerzas intermoleculares; Dentro de una molécula, los átomos están unidos mediante fuerzas intramoleculares (enlaces iónicos, metálicos o covalentes). Estas son las fuerzas que se deben vencer para que se produzca un cambio químico. Son estas fuerzas, por tanto, las que determinan las propiedades químicas de las sustancias.

Tensión Superficial Es la condición existente en la superficie libre de un líquido, semejante a las propiedades de una membrana elástica bajo tensión. La tensión es el resultado de las fuerzas moleculares, que ejercen una atracción no compensada hacia el interior de un líquido sobre las moléculas individuales de la superficie; esto se releja en la considerable curvatura en los bordes donde el líquido está en contacto con la pared del recipiente.

Concretamente, "la tensión superficial es la fuerza por unidad de longitud de cualquier línea recta de la superficie líquida que las capas superficiales situadas en los lados opuestos de la línea ejercen una sobre otra".

La fórmula de la tensión superficial es la siguiente:

=

 2

Dónde:

g

La energía por unidad de área

F

Fuerza

L

longitud

La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido. Tensión superficial de los líquidos a 20ºC

Líquido

g (10-3 N/m)

 Aceite de oliva

33.06

 Agua

72.8

 Alcohol etílico

22.8

Benceno

29.0

Glicerina

59.4

Petróleo

26.0

Coeficiente de tensión superficial

Se puede determinar la energía superficial debida a la cohesión mediante el dispositivo de la figura. Una lámina de jabón queda adherida a un alambre doblada en doble ángulo recto y a un alambre deslizante AB. Para evitar que la lámina se contraiga por efecto de las fuerzas de cohesión, es necesario aplicar una fuerza F al alambre deslizante. La fuerza F es independiente de la longitud x de la lámina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitud Dx, las fuerzas exteriores han realizado un trabajo FDx, que se habrá invertido en incrementar la energía interna del sistema. Como la superficie de la lámina cambia en DS=2dDx (el factor 2 se debe a que la lámina tiene dos caras), lo que supone que parte de las moléculas que se encontraban en el interior del líquido se han trasladado a la superficie recién creada, con el consiguiente aumento de energía.

 Moléculas de jabón;

Las moléculas de jabón tienen dos extremos: uno se ve atraído por las moléculas de agua, y el otro se ve repelido por ella. Esta propiedad hace que, al introducir burbujas de aire, las moléculas de jabón se reorganicen a su alrededor. Los extremos que se ven atraídos por las moléculas de agua a un lado, y los extremos que se ven repelidos hacia el otro. La superficie de una burbuja es precisamente eso, una fina capa de moléculas de agua retenida entre dos capas de moléculas de jabón.

CONSTRUCCION DEL EXPERIMENTO

Aplicación de la Ley de Hooke Definición.- Cuando en un muelle o un material elástico uno de los extremos se encuentra fijo y aplicamos una fuerza sobre el otro extremo, probablemente este se deformará. Si la fuerza es lo suficientemente grande como para sobrepasar su límite de elasticidad, podemos deformarlo permanentemente, pero si no es así, se cumplirá lo que se conoce como la ley de Hooke y una vez que cese la aplicación de la fuerza volverá a su forma original. Volkswagen Escarabajo

La fuerza elástica o restauradora Según el principio de acción reacción o tercera ley de Newton, en cada interacción existen dos fuerzas. Esto implica que si ejercemos una fuerza sobre

un muelle, este último ejercerá también sobre nosotros otra fuerza de igual dirección y módulo aunque de sentido contrario. Dicha fuerza, recibe el nombre de fuerza elástica o restauradora.

Lata bumerang

TENSION SUPERFICIAL Para la construcción de esta parte del proyecto necesitamos una pecera y la mezcla basada en la glicerina con agua y jabón liquido texapon al momento de realizar esta mezcal podemos presenciar ya las burbujas que se van formando a más reposo de la mezcal mayor factibilidad tendremos, ya que las moléculas trabajan conjuntamente y se cohesionan entre si logrando una mezcal densa.

Las figuras con las que trabajaremos están construidas por varilla de 8mm y soldadas de tal manera que tengan resistencia y logremos ver las figuras que se forman, entre los sólidos que formamos tenemos: prisma de cara triangular , prisma de cara cuadrangular, cubo, circunferencia.  Al momento de sumergir las figuras en la mezcla obtendremos que la mezcal se concentra en la figura en forma de burbujas, y con ayuda de un sorbete vamos ingresando aire a la figura de tal manera que en el centro del solido se va formando otro solido en 4D.

OBJETIVO DEL EXPERIMENTO

Demostrar experimentalmente las leyes que rigen la tensión superficial, capilaridad y elasticidad.

MATERIALES

Vehiculo de energía potencial elástica 

12 latas de bebidasd

  Silicona





Pegamento en barra

  Palillos



  Ligas



  Tijera



  Plantillas



  Sorbetes





1 clavo metalico



Cilindro de lata

 Agua jabonosa 

8 tazas y media (2000 ml) de agua



25,5 ml de glicerina



Jabon liquido



Figuras de metal



Recipiente de vidrio

  Humo



  Sorbetes



PROCEDIMIENTO 

Abrimos las latas con la ayuda de las tijeras.



Recortamos todos los moldes o plantillas.



Uno a uno cogemos los moldes y los dibujos sobre las latas y recortamos cada una de las piezas.



Con la ayuda de la silicona pegamos sobre el pedazo de cartón las llantas y la parte del motor.



Para unir las llantas usamos un palillo y lo colocamos de manera paralela al eje de la rueda para que se retenga de aquí atamos el elástico.



Lo pasamos por un palillo de 25cm de manera perpendicular a las dos llantas de manera que le une y repetimos lo del palillo en forma paralela pero en el eje de la otra llanta,



En una de las llantas lo pasamos el elástico hasta la parte exterior y lo retemos con un palillo y una rodela (será el peso del cuerpo que lo hará girar) paralelo al eje exterior que sería el aro de la ll anta.

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Recordar que el palillo exterior donde va la rodela debe ser más largo con el cual girara el automóvil.

Procedimiento 

Lavamos bien el recipiente de vidrio.



Al tenerlo lavado por cada 8 ½ tazas de agua agregaremos 25,5 ml de agua y jabón líquido poco a poco hasta obtener un líquido viscoso.



Cojamos cualquiera de las figuras metálicas y la introducimos al recipiente

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Retiramos la figura del recipiente y obtendremos una forma de toda la superficie.

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Con un sorbete e introducimos por la figura y podremos observar que no se rompe gracias a la cohesión.



Con el sorbete dentro podremos introducir humo y veremos que no sale por ningún lado encerrándose y tomando forma de la figura que haya sido escogida.

 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES la capilaridad, la tensión superficial y la elasticidad son propiedades de muchas de las cosas que nos encontramos en nuestro diario vivir y una manera de identificarlos es modificar las características para experimentar con ellos y de esta manera hacerlos más evidentes.

RECOMENDACIONES 

lo principal del estudio de la física es observar los pequeños fenómenos y propiedades de todo lo que nos rodea para mediante el análisis y experimentación definir los conceptos de estos por lo que es necesario cambiar la perspectiva y hacer interesante el análisis de estos a través de este tipo de experimentos.

BIBLIOGRAFIA Y WEBGRAFIA

https://www.fisicalab.com/apartado/como-medir-fuerzas#contenidos Biblia de la física y química, Adolfo Ortiz Lic. En Matematica y Fisica editorial CÓRCEGA- Barcelona

ANEXOS