Fundamentos de la Hidrostática

Para este experimento vamos a utilizar tres instrumentos: El dinamómetro, la báscula, y el calibre. Estas son las características de esos instrumentos:

• Sensibilidad
• Dinamómetro: Puede empezar a medir en 2 Pondios (0,02 Newton).
• Báscula: Es capaz de medir como mínimo 0,01 g, pero a ese peso no nota diferencia y mide. Podríamos decir entonces que su sensibilidad es 0,03 g. También hemos notado en un experimento en clase que si pones peso poco a poco, no nota el cambio; pero al ponerlo todo junto, si que nota el cambio: 

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• Calibre: Puede empezar a medir 0,01 cm, y ya que es analógico, su sensibilidad es exacta.

• Exactitud
• Dinamómetro: Su exactitud no es muy precisa ya que el muelle pierde calibración y no repite el mismo resultado, pero al ser analógico, tiene más exactitud que la báscula por ejemplo.
• Báscula: Su exactitud es muy mala ya que al ser digital, no ves a través de una aguja o regla la medida, sino que te tienes que fiar de la medida digital que cambia y su sensibilidad es muy baja también.
• Calibre: Su exactitud es muy buena y llega a medir micrómetros  de forma que cada vez que lo midas salga lo mismo.

• Precisión
• Dinamómetro:  Podemos medir 0,02 Newton, ya que es la mínima medida. Pero, ya que es analógico, podemos medir hasta la mitad de la mínima medida, 0,01 Newton.
• Báscula: Se puede medir de 0,1 gramo (un decigramo) hacia arriba, porque al ser digital no se puede medir la mitad de la mínima medida.
• Calibre: Puede medir hasta 1 micrómetro (0,01 centímetros). Pero ya que la medida es tan pequeña, no puedes medir la mitad de la última medida.

• Rapidez
• Dinamómetro: La rapidez de medir es de un segundo y medio, lo que tarda el muelle en dejar de botar y quedarse quieto.
• Báscula: La rapidez de medida son de media 5 segundos para medir.
• Calibre: La rapidez es inmediata, depende de lo que tarde la persona en medirlo.

Para este experimento vamos a usar las siguientes unidades:

• Peso: Gramos y Kilogramos, es una unidad fundamental (M).
• Masa: Gramos y Kilogramos (A diferencia de las unidades de peso, se divide el peso por el factor de gravedad para adquirir la masa, aunque se mide con la misma unidad). Es una unidad fundamental (M).
• Longitud: Metro, es una unidad fundamental (L).
• Fuerza: Newton, es una unidad derivada y su ecuación de dimensiones es:  L·M·T^-2
• Volumen:  Litros. Es una unidad derivada, su ecuación de dimensiones es: M^3

El experimento se basa en dos esferas de distinta densidad pero mismo volumen. En primer lugar pesamos cada una de ellas:

La esfera plateada tiene una masa de 68,5 g, y la esfera negra 22,5 g.

A continuación ponemos ambas esferas en el dinamómetro para medir su fuerza:













Los resultados son, que la esfera plateada tiene una fuerza de 68 Pondios (0,68 N); y la esfera negra 22 Pondios (0,22 N)

Ahora con estos resultados, y utilizando la ecuación P=mg (Gravedad=9,8 m/s^2), vamos a averiguar la masa y comparalo con el resultado de la balanza.

Esfera plateada: 

• 0,68 N = M · 9,8 m/s^2
• (0,68 kg · m/s^2) / (9,8 m/s^2) = M
• M = 0,069 kg = 69g

Es bastante similar ya que en la báscula nos salió un resultado de 68,5g.

Esfera negra:

• 0,22 N = M · 9,8 m/s^2
• 0,22 kg · m/s^2) / (9,8 m/s^2) = M
• M = 0,022 kg = 22g

Es muy parecido al resultado de la báscula ya que nos salió 22.5g.

Las pequeñas diferencias y errores se pueden deber a errores sistemáticos, como una mala calibración del aparato; o por errores accidentales o aleatorios que afectan al resultado mínimamente como es el caso; y también por la necesidad de redondear el resultado y aproximarlo al valor real.

A continuación, con el calibre medimos su diámetro que es idéntico para las dos esferas y es aproximádamente 0,91cm:

Ahora vamos a calcular su volumen que es = (4πr^3)/3

• r = 0,91 / 2 = 0,45
• V = (4π·0,45cm^3) / 3 = 4,79cm^3

El volumen es igual para las dos esferas, pero lo que es distinto, es la densidad asi que vamos a calcularla con los datos obtenidos (d = m/V):

Esfera plateada:

• d (g/cm^3) = 69g/4,79cm^3
• d = 14,41g/cm^3

Su densidad se parece bastante a la del mercurio, aunque dudo mucho que esté hecha de tal material asi que debe ser una aleación, podría tratarse de Niobio.

Esfera negra: 

• d (g/cm^3) = 22g/4,79cm^3
• d = 4,59g/cm^3

Debido a su densidad es muy probable que sea Aluminio.

Como ultima actividad de este experimento, metimos distintos objetos en agua y duscubrimos el principio de arquímedes:

Los cuerpos sumergidos en fluidos experimentan cambios de peso equivalente al peso del volumen del fluido desalojado. Esta fuerza vestical que ejerce el fluido sobre la esfera se denomina "Empuje".

Ahora vamos a calcular el empuje con las esferas:

Esfera negra:

• P real = 0,22 N
• P aparente = 0,14 N
• Empuje = 0,08N

Esfera plateada.

• P real = 0,68 N
• P aparente = 0,59N
• Empuje = 0,09N

El empuje debería ser parecido en los dos casos ya que tienen el mismo volumen.