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No se conocen los materiales de los objetos sólidos, por lo que se deben identificar para un uso adecuado. Esto se realiza midiendo su densidad y comparándola con densidades conocidas para determinar de qué material se trata.

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Caracterizar sólidos y líquidos, identificando qué material es.

Aprender el manejo de los instrumentos de precisión.

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La densidad es una propiedad física elemental  fundamental de los materiales que describe la cantidad de masa contenida en un volumen determinado, la densidad se describe como:

p=m/V
p= Densidad

m= Masa

V= Volumen

La densidad también comprueba la pureza y la concentración de fuerzas, y ofrece la información de su composición.

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p=m/V

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Para la medición de la densidad, se pesaron cada uno de los materiales a utilizar (cuatro cubos de diferentes pesos y colores, y dos canicas, una normal y otra de metal). Luego de obtener los pesos, se pesó la probeta graduada, se le agregó agua y se volvió a pesar.

A continuación, se fueron introduciendo uno a uno los materiales, tomando los datos correspondientes para calcular su densidad.

Posteriormente, se realizó el mismo procedimiento, pero en esta ocasión utilizando leche en lugar de agua.

También se mido las dimensiones de los materiales para conocer sus diámetros interiores y exteriores con precisión.

Otro instrumento de precisión utilizado fue el micrómetro el cual da medidas con mayor exactitud que el pie de rey.

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Péndulo simple. (Ajuste por mínimos cuadrados)

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Péndulo simple. (Ajuste por mínimos cuadrados)

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Peso probeta vacía: 43,9 g

Peso probeta con agua: 55,9 g.

Volumen inicial de probeta con agua: 12,3mL

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Volumen de leche inicial: 10,3 mL

Peso probeta con leche inicial: 54, 2 g

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Mediciones de dimensiones con pie de rey y micrómetro 

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Mediciones de dimensiones con pie de rey y micrómetro 

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No se conoce con precisión el valor de la gravedad en un lugar determinado, por lo que se utiliza el movimiento de un péndulo y la caída libre para calcularla. Además, se emplea un resorte para estudiar la relación entre la fuerza aplicada y la deformación, aplicando la Ley de Hooke.

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Determinar la aceleración de la gravedad usando el movimiento de un péndulo y la caída libre.

Analizar el comportamiento de un resorte sometido a diferentes fuerzas.

Aplicar la Ley de Hooke para conocer la relación entre fuerza y deformación.

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Péndulo simple

El péndulo simple se define como un sistema formado por una masa puntual, también conocida como masa pendular, suspendida mediante una cuerda de longitud L que posee una masa insignificante.
Las únicas fuerzas que actúan sobre la masa puntual son la fuerza de gravedad y la tensión de la cuerda.
A partir de este sistema, se puede determinar el periodo de oscilación, el cual depende de la longitud del péndulo y de la aceleración debida a la gravedad.

El periodo es completamente independiente de otros factores como la masa y el desplazamiento máximo

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La caída libre describe el movimiento de un objeto que cae en un campo gravitacional, cuando la resistencia del aire y la fricción son despreciables.
En estas condiciones, la única fuerza que actúa sobre el objeto es la gravedad, provocando que caiga hacia el centro de la Tierra.
y=y0 + v0t-1/2gt2
Como tenemos una altura

h=2/1​a(t)2

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Aceleración, caída libre (pelota de tenis)

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Aceleración, caída libre (pelota de tenis)

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Es el principio físico que describe el comportamiento elástico de los sólidos.
Establece que el desplazamiento o la deformación sufrida por un objeto sometido a una fuerza es directamente proporcional a la fuerza aplicada o a la carga.
Es decir, a mayor fuerza, mayor será la deformación o el desplazamiento del objeto.

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Para encontrar los datos del péndulo simple, se midió la longitud de la cuerda en tres tamaños diferentes: 65 cm, 75 cm y 85 cm. Después, se lanzó el péndulo desde un ángulo de 80°, y se usó un fotorreceptor para medir el tiempo que tardaba en ir y volver (su periodo).
En la parte de caída libre, se trabajó de dos formas: en una, se dejó caer una pelota de tenis desde diferentes alturas, midiendo el tiempo que tardaba en llegar al suelo usando dos fotorreceptores, uno arriba y otro abajo. En la segunda, se utilizó un contador digital que marcaba que marca un ritmo de 40 pulsos por segundo antes de tocar el suelo.
Para la actividad de la Ley de Hooke, se utilizó un resorte al que se le colgaban distintos pesos. Se midió cuánto se estiraba el resorte, primero con los pesos quietos (en reposo) y luego en movimiento (subiendo y bajando). También se usó el fotorreceptor para medir el tiempo en movimiento.

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¿El valor de la gravedad puede determinarse experimentalmente a través del comportamiento de un péndulo, la caída libre y el estiramiento de un resorte?

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p=m/V

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Pie de rey

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¿Es posible identificar un material desconocido al comparar su densidad con la de materiales conocidos?

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Micrómetro

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m=Masa

Para

p=m/V

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Fotorreceptor

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En esta práctica de laboratorio se determinaron la masa y el volumen de varios cuerpos utilizando instrumentos como balanza, pie de rey, micrómetro y el método de desplazamiento de líquido con agua y leche. El objetivo fue calcular la densidad experimental de cada objeto y compararla con su densidad teórica, para así identificar su posible composición.

En general, los resultados obtenidos fueron bastante cercanos a los valores teóricos. Por ejemplo, el cuerpo 2 presentó una densidad de 2,66 g/ml frente a un valor teórico de 2,71 g/ml, lo que permitió identificarlo como aluminio. El cuerpo 3 mostró una densidad de 10,57 g/ml, muy próxima a los 8,96 g/ml del cobre. Sin embargo, el cuerpo 4 dio un valor de 48,5 g/ml, mucho mayor al valor teórico del hierro (7,84 g/ml), lo que indica un error considerable, posiblemente por una medición incorrecta del volumen. En el caso de la canica y el balín, también se observó buena concordancia entre los valores teóricos y experimentales.

Las desviaciones detectadas pueden atribuirse a errores durante la medición del volumen, como burbujas de aire, lectura incorrecta de la probeta o gotas adheridas. A pesar de estas fuentes de error, los resultados fueron satisfactorios, ya que permitieron identificar la mayoría de los materiales de manera correcta. Esta práctica demuestra que el cálculo de densidad es una herramienta útil y aplicable tanto en la identificación de materiales como en procesos industriales dentro de la Ingeniería de Alimentos.

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En la práctica de laboratorio se logró identificar materiales solidos y líquidos calculando su densidad a partir de los cálculos de masa y volumen, también se comprobó que es posible identificar un material desconocido por medio de la comparación de su densidad con valores teóricos, los errores en la medición afectan los resultados, por lo que se debe de tener un buen uso de los instrumentos de medición.

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En el experimento del péndulo simple, se midieron los períodos de oscilación con 3 longitudes distintas de cuerda, lo que nos permitió obtener una relación lineal, lo cual concuerda con la teoría para un péndulo simple. Los errores que pudieron causar variaciones pequeñas se debieron, posiblemente, a imprecisiones al medir la longitud de la cuerda.

En el experimento de caída libre, se utilizó un sistema de sensores para medir la caída de un objeto desde distintas alturas, permitiendo también encontrar una relación lineal. La pendiente de la gráfica permitió calcular la aceleración de la gravedad. Los errores pudieron deberse a pequeñas corrientes de aire, a una reacción tardía del sensor o a errores al medir correctamente las alturas iniciales.

Para la ley de Hooke, se midió cuánto puede estirarse un resorte con diferentes masas. Al graficar la fuerza aplicada contra el alargamiento del resorte, se obtuvo una recta, donde la pendiente representa la constante elástica k del resorte.

En la dinámica también se midió el momento de oscilación, y así verificamos que la frecuencia depende de la constante k y de la masa colgada. Algunos errores pudieron deberse a que el resorte oscilara de lado.

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A partir de los resultados obtenidos, se comprobó que es posible determinar experimentalmente la aceleración de la gravedad utilizando el comportamiento de un péndulo y de cuerpos en caída libre, al medir correctamente el periodo del péndulo y el tiempo de caída, se calcularon valores de gravedad cercanos al valor teórico, también se analizó el sistema masa-resorte, observando que su comportamiento sigue la Ley de Hooke siempre que no se presenten deformaciones permanentes. Esto permitió estimar con precisión la constante elástica del resorte, los errores en la medición del tiempo, longitud de cuerda o elongación pueden afectar significativamente los resultados, lo que destaca la importancia de la precisión en los procedimientos experimentales.

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https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-1/pages/15-4-pendulos

https://openstax.org/books/f%C3%ADsica-universitaria-volumen-1/pages/3-5-caida-libre#:~:text=La%20fuerza%20de%20la%20gravedad,aceleraci%C3%B3n%20debida%20a%20la%20gravedad.

https://concepto.de/ley-de-hooke/