fISICA INFORME 4

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Universidad Nacional Mayor de San Marcos 
Universidad del Perú. Decana de América 
Facultad de Ingeniería Industrial 
Facultad de ciencias 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
❖ Laboratorio: N 4° 
 ❖ Experiencia: N 4°- Densidad de Sólidos y Líquidos 
 ❖ Profesor: Medrano Atencio Emilio 
 ❖ Código:20170178 
 ❖ Apellidos y nombres: Cruz Ayte Esthiwer Ken 
 ❖ Año:2021 
 ❖ Fecha de entrega: 20/07/2021 
 
 DENSIDAD DE SOLIDOS Y LIQUIDOS 
 EXPERIENCIA N° 04 
 
 
 
 
 
 
 
• Determinar la densidad de cilindros de metal por dos métodos diferentes, identificar 
el 
material con el cálculo de esas densidades y comparar los resultados. 
• Determinar la densidad de los líquidos por dos métodos y comparar los resultados 
con 
el densímetro. 
II. EQUIPOS / MATERIALES 
Un calibrador pie de rey (Vernier) 
Una balanza de tres barras 
Una cuerda delgada 
Una probeta graduada 
Dos Cilindros metálicos 
Un picnómetro 
Un densímetro 
Agua potable 
Alcohol metílico 
III. FUNDAMENTO TEÓRICO 
Cuando un cuerpo de forma arbitraria de masa m, y volumen 
VC se sumerge totalmente en un líquido de densidad L 
contenido en un recipiente, desplazará un volumen VL, este 
volumen desplazado será igual al volumen del cuerpo 
sumergido. VL = VC . 
El cuerpo de peso W al sumergirse experimentará una 
disminución aparente de su peso (W’) debida al empuje (E) 
De la Figura 1 se cumple, 
 
 Luego, 
En virtud del principio de Arquímedes “la magnitud del empuje sobre el cuerpo es igual 
al peso del líquido desalojado por el mismo”. 
 
 
ML es la masa de líquido desalojado, g es la aceleración de la gravedad, 
L es la densidad del líquido, VL es el volumen del líquido desalojado. 
Igualando (1) y (2), se obtiene: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Con esta ecuación (5) se puede calcular la densidad del cuerpo (si se tiene la densidad 
del líquido) o la densidad del líquido (si se tiene la densidad del cuerpo). 
IV. PROCEDIMIENTO 
MONTAJE 1 - MÉTODO DIRECTO 
 
 
1. Usando la balanza de tres barras determine la masa de los cilindros. Repita esta 
operación cinco veces. Anote los datos en la Tabla 1 y determine sus errores 
correspondientes. 
2. Usando el calibrador vernier, mida las dimensiones de los cilindros (altura y diámetro) 
y evalúe su volumen. Realice esta operación cinco veces y anote los datos en la Tabla 1, 
con sus errores correspondientes. 
 
 Hierro 
 
 TABLA 1 
 M1 (kg) H1(m) D1(m) M2(kg) H2(m) D2(m) 
1 0.0861 0.0550 m 0.0161 m 0.0924 0.0549 0.0161 
2 0.0862 0.0551 m 0.0165m 0.0925 0.055 0.0161 
3 0.0862 0.0552 m 0.0160m 0.0925 0.0551 0.0160 
x
± ∆x 
0.0862
±0.01224 
0.0551
±0.00017 
0.0162±0.0
0046 
0.09247
±0.00010 
0.0550±0.000
17 
0.01607
±0.00010 
 
Donde “x” es el valor promedio, determinar el valor promedio de “m”, “h” y “d” 
respectivamente. m = masa del cilindro; h = altura del cilindro y d = diámetro del 
cilindro. 
3. Determine la densidad de los cilindros a partir de los datos de la Tabla 1 y 
complete la Tabla 2. 
 TABLA 2 
 
Ahora, con ayuda de su profesor determine las densidades de los líquidos con el 
densímetro del aula. 
 TABLA 3 
Densidad del Agua(g/ml) 1000(kg/m3) 
 
Densidad del Alcohol (g/ml) 884(kg/m3) 
 
Densidad de la mezcla(g/ml) 924 (kg/m3) 
 
 
 
 
 m ± ∆m(kg) v ± ∆v(m3) 𝜌 ± ∆𝜌 
Cilindro 
1 
0.0862±0.01224 0.00001±0.00283 8,620±4.32 
Cilindro 
2 
0.09247±0.00010 0.00001±0.00013 9,247±0.769 
 
 MONTAJE 2 - MÉTODO DE ARQUÍMEDES 
1. Monte el equipo tal como muestra el diseño 
experimental de la Figura 2. Asegúrese que la balanza 
de tres barras se encuentre estable y calibrada. 
2. Coloque 60 ml de agua en la probeta graduada. 
 
 
3. Sujete un bloque con una cuerda, el otro extremo de la cuerda átelo al eje inferior 
de la balanza, como muestra la Figura 2. 
4. Sumerja completamente el cilindro en el agua contenida en la probeta, cuide que 
este no toque ni el fondo, ni las paredes de la probeta. 
Registre los pesos aparentes W’, en la Tabla 4. 
 TABLA 4 
 1 2 3 W´ ± ∆W 
W´(N) 1 0.738 0.739 0.740 0.739±0.00017 
W´(N) 2 0.0780 0.801 0.802 0.801±0.00017 
5. A partir de los datos de la Tabla 1 determine el peso real W de cada cilindro y anótelos 
en la Tabla 5, además, registre los pesos aparentes obtenidos en la tabla4 y 
utilizando la ecuación de Arquímedes (ecuación 05) calcule la densidad para cada 
cilindro. Considere el valor de la densidad del agua, el obtenido con el densímetro. 
 TABLA 5 
 W ± ∆W (N) W´ ± ∆W ‘(N) 𝜌 ± ∆𝜌´(kg/m3) 
Cilindro 1 0.84476±0.119952 0.739±0.00017 0.00001±0.000001 
Cilindro 2 0.906206±0.00098 0.801±0.00017 0.00001±0.00000008 
 
CÁLCULO DE LA DENSIDAD DE LÍQUIDOS 
1. Con ayuda del picnómetro halle las densidades del líquido que indique su profesor 
del Alcohol (L1), para ello llene el picnómetro con el líquido del cual se desea medir 
su densidad, coloque la tapa y asegúrese que el capilar de la tapa esté con el líquido 
al ras, de esa manera el volumen indicado en el picnómetro será el volumen del 
líquido. 
2. Mida la masa del picnómetro con y sin el líquido, la diferencia de esas masas será 
la masa del líquido. 100(ml) 
Picnómetro 1 ------ agua destilada 
 0.1413-0.0424 =0.0989 (kg) 
Picnómetro 2 ------ alcohol 
 0.1327-0.0426=0.0901(kg) 
Picnómetro 3 ------ agua destilada y alcohol 
 0.1268-0.0302=0.0966(kg) 
Picnómetro 4 ------ Ron 
 0.12595-0.0389=0.08705(kg) 
3. Ahora con esos datos puede calcular la densidad del líquido que eligió y apúntelo en 
la Tabla 6. 
 Tabla 6 
Densidad de Los Líquidos 
Agua Destilada 
Alcohol 
Agua y Alcohol 
Ron 
 Densidad (m/v) 
0.989 
0.901 
0.966 
0.8705 
 
 
4. Escoja un cilindro y repita los pasos del montaje 2, y anote sus mediciones en 
la tabla 7. 
Tome como dato de la densidad del cilindro el valor dado en la tabla 5. 
NOTA: En estos pasos cada mesa trabajará con un cilindro de material diferente. 
 TABLA 7 
Material: Hierro 
Peso 
aparente del 
líquido 
1 2 3 𝒘 ± ∆𝒘′ 
W´(N) 76.21 76.4 76.35 76.32±0.1705 
 
V. EVALUACIÓN 
1. A partir del valor de la densidad del cilindro obtenido en la Tabla 5, y aplicando la 
ecuación (5), halle el valor de la densidad del líquido. Complete la tabla 8. Y calcule 
el error porcentual respecto a su densidad teórica. 
 
 Alcohol 
 
 W´ ± ∆W (N) W´ ± ∆W´(N) (N) 𝜌 ± ∆𝜌´(kg/m3) 
L1 0.84476±0.119952 0.747±0.001732 0.9776±1.1822 
 
Error porcentual del alcohol 
Error%= |
884−997,6
884
|x100=12.5% 
2. Con la densidad del líquido obtenida con los densímetros en la tabla 6 calcular la 
densidad del cilindro utilizado por el método de Arquímedes (ec.5). 
 
Tenemos la ecuación, para la densidad de un cuerpo: 
 
 
Si el líquido es agua: 
densidad del cilindro1=
0.84476
0.84476-0.739
x0.989 
 𝜌c = 7.899 
Si el líquido es el alcohol 
=
0.84476
0.84476-0.739
x0.901: 
 𝜌c = 7.1967 
 
3. Busque en tablas de densidades estándar los valores para los cilindros y los líquidos 
trabajados en clase, compare los valores obtenidos por los otros grupos y calcule el 
error porcentual para el método clásico hallado en la tabla 2. 
Densidad de los sólidos: 
 
 
 
 
 
 
 
 𝜌 ± ∆𝜌 
Cilindro 
1 
8,620±4.32 
Cilindro 
29,247±0.769 
Densidad para los líquidos 
 W ± ∆W (N) W´ ± ∆W ‘(N) 𝜌 ± ∆𝜌´(kg/m3) 
Cilindro 1 0.84476±0.119952 0.739±0.00017 0.00001±0.000001 
Cilindro 2 0.906206±0.00098 0.801±0.00017 0.00001±0.00000008 
 
4. Calcule el error porcentual para las densidades halladas por el método de Arquímedes 
de la tabla 7. 
Para L1 (agua) 
Error% =
1000-989
1000
x100=1,1% 
Para L1 (alcohol) 
Error% =
901-884
901
x100=1.88% 
Para L1 (agua y alcohol) 
Error% =
924-966
966
x100 =4.34% 
5. Enuncie y describa tres métodos para el cálculo de densidad de los líquidos. 
1)Método Directo 
Consiste en hallar la densidad de un líquido mediante el uso directo de la formula 𝜌 =
m
v
 ,para 
lo cual primero se pesa el líquido contenido en un recipiente, luego se le resta el peso del 
recipiente para obtener la masa del líquido y después se determina el volumen para 
finalmente dividir ambas cantidades. 
2)Método de Arquímedes 
Este método tiene en cuenta el peso real y aparente de un solido que fue previamente 
introducido en un líquido con densidad conocida se procede a encontrar la densidad del 
líquido desconocido mediante: 
3)Método por presión 
Este método hace uso del concepto de los medidores de presión, utiliza un manómetro, pero 
cuya presión del gas es conocida y, por el contrario, la densidad del líquido no se sabe. 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Hacer el experimento en casa. Un cubo de hielo que flota en un vaso con agua. 
¿Cuándo el cubo se funde, se elevará el nivel del agua? Explicar por qué. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Observamos que hubo una elevación del nivel de agua, esto de debe a que el cubo de hielo no 
se sumerge totalmente en el agua, es decir que su volumen sumergido no es igual a su 
volumen total, y esto hace que no se eleve hasta el punto en que lo hace cuando se derrite 
puesto que ahí adiciona todo su volumen al vaso 
 
7. Siempre es más fácil flotar en el mar que en una piscina común. Explique por qué 
Según la fórmula 
 
 
El empuje es directamente proporcional a la densidad del líquido. En el mar están presentes 
más impurezas tales como sales que en el agua de una piscina, por lo tanto, la densidad del 
agua de mar será mayor. De esto se desprende que la densidad del mar será mayor, por lo que 
un cuerpo que flota en el mar presentará una mayor fuerza de empuje. 
 
 
Ubicamos un nuevo 
nivel de referencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Esperamos hasta que se 
derrita el cubo y 
marcamos el nuevo nivel 
de agua 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VI. CONCLUSIONES. 
• Se concluye que, al finalizar la experiencia, podemos decir que existen diferentes métodos para 
poder hallar las densidades de algunos sólidos y algunos líquidos. 
• Que, en la experiencia, se producen errores, es decir van a ver errores en los cálculos realizados 
(Errores instrumentales –Balanza) los cuales ya no serán exactos 
• Podemos calcular la densidad por el clásico método de dividir la masa entre el 
volumen de dicho liquido o ya sea un objeto solido 
• también podemos realizarlo por el método de Arquímedes, usando su fórmula con 
datos experimentales podemos comprobar que resulta muy útil 
VII. BIBLIOGRAFÍA: 
Hidalgo, M.A., & Medina, J. (2008). Laboratorio de física. Pearson Prentice Hall. 
https://docer.com.ar/doc/nxv00v 
 
Bustamante. A (2021). Departamento de ciencias físicas, UNMSM 
https://classroom.google.com/u/0/w/MzU2MjkxMTcwNDQ0/t/all 
 
Salvador. G (2014). Experimentos de Física, Ed. Alfaomega. 
https://www.researchgate.net/publication/261287779_Experimentos_de_Fisica_de_bajo_cos
to_us 
 
4.Sears Zemansky.Fisica Universitaria.Vol 1. 12a ed. México: Pearson Educación.2009. 
http://www.fi.unsj.edu.ar/departamentos/DptoFisica/fid/archivos/FisicaUniversitaria-
Sears-Zemansky.pdf 
 
[Sin Autor]. Principios de la Hidrostática, (2017). 
https://www.unse.edu.ar/facultades/medicina/Clase%209%20-
%20BIOF%C3%8DSICA%20Hidrostatica-con%20Ejercicios%20resueltos-1.pdf 
 
 
https://docer.com.ar/doc/nxv00v
https://classroom.google.com/u/0/w/MzU2MjkxMTcwNDQ0/t/all
https://www.researchgate.net/publication/261287779_Experimentos_de_Fisica_de_bajo_costo_us
https://www.researchgate.net/publication/261287779_Experimentos_de_Fisica_de_bajo_costo_us
http://www.fi.unsj.edu.ar/departamentos/DptoFisica/fid/archivos/FisicaUniversitaria-Sears-Zemansky.pdf
http://www.fi.unsj.edu.ar/departamentos/DptoFisica/fid/archivos/FisicaUniversitaria-Sears-Zemansky.pdf
https://www.unse.edu.ar/facultades/medicina/Clase%209%20-%20BIOF%C3%8DSICA-%20Hidrostatica-con%20Ejercicios%20resueltos-1.pdf
https://www.unse.edu.ar/facultades/medicina/Clase%209%20-%20BIOF%C3%8DSICA-%20Hidrostatica-con%20Ejercicios%20resueltos-1.pdf