PROBLEMAS - DENSIDAD - Campus Virtual FFyBvirtual.ffyb.uba.ar/pluginfile.php/24715/mod_resource/content/3/M2/... · cuerpo, el volumen del cuerpo y el peso específico del cuerpo

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    PROBLEMAS - DENSIDAD

    Ejercicio 1 flotacin

    Dadas las siguientes situaciones, en las que el mismo cuerpo se encuentra sumergido en

    tres lquidos diferentes y en estado de reposo:

    a- Indique cmo es el Peso respecto del Empuje en cada una de las situaciones.

    b- Compare las densidades de los lquidos entre s y con la del slido.

    c- Compare los empujes entre s.

    d- Indique que suceder con un cuerpo del mismo material pero del doble de masa

    que en el usado en las situaciones anteriores, al colocarlo en el lquido C.

    Esquematice las fuerzas que actan en esta situacin.

    e- Cmo ser el empuje de un aremetro sumergido en lquidos de distintas

    densidades? Tiene alguna analoga con lo planteado anteriormente? por qu

    flota un aremetro de vidrio en agua y no una varilla maciza hecha con el mismo

    material?

    RESOLUCIN

    Al leer el enunciado de este problema, es posible que se nos presenten muchos

    interrogantes, incluso antes de intentar responder alguno de los tems planteados. Por

    ejemplo: por qu el cuerpo flota en los recipientes B y C? qu es lo que hace que el

    cuerpo permanezca inmvil en las tres situaciones? por qu al comparar las situaciones B

    y C se ve que el cuerpo flota con distintos volmenes sumergidos? por qu en la

    situacin A el cuerpo no flota?

    A B C

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    Para encarar este problema tenemos que tener presente algunos conceptos

    fundamentales:

    i- la primera Ley de Newton

    ii- el significado de Empuje (qu tipo de magnitud es, cul es su origen y dnde se

    aplica).

    La Primer Ley o Principio de INERCIA dice todo cuerpo persevera

    en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilneo

    mientras no acte sobre dicho cuerpo una FUERZA NETA que

    perturbe ese estado. En este caso en particular debemos prestar

    especial atencin a la inercia que presentan los cuerpos en

    reposo.

    El EMPUJE es una magnitud vectorial, ms especficamente es una FUERZA que surge en

    virtud de la diferencia de presiones que hay entre las caras inferior y superior de un

    cuerpo cuando ste se encuentra sumergido en un fluido (ya sea lquido o gas), tiene la

    misma direccin que la fuerza Peso pero sentido opuesto y su valor es igual al peso del

    lquido desalojado por el cuerpo (ver Principio de Arqumedes en algn libro de Fsica).

    Teniendo esto en mente, podemos plantear las ecuaciones siguientes recordando que el

    MDULO del Empuje es equivalente al PESO DEL FLUIDO DESPLAZADO (ecuacin 1) y que

    el PESO DEL FLUIDO DESPLAZADO depende de la aceleracin de la gravedad y de la masa

    de fluido (ecuacin 2), la cual puede ser expresada como el producto entre su densidad y

    volumen (ecuacin 3).

    Sabiendo adems que el volumen de fluido desplazado es igual al VOLUMEN DE CUERPO

    SUMERGIDO, (ecuacin 4), si combinamos las ecuaciones anteriores podemos expresar el

    (4)

    (3)

    (2)

    (1)

    sumergidodesplazadofluido

    desplazadofluidodesplazadofluidodesplazadofluido

    desplazadofluidodesplazadofluido

    desplazadofluido

    VV

    Vm

    gmP

    PE

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    EMPUJE como el producto entre el volumen sumergido del cuerpo y el peso especfico del

    lquido. (ecuacin 6).

    Ahora s, intentemos abordar la primera pregunta que surge: por qu el cuerpo flota en

    las situaciones B y C?.

    Empecemos a aplicar los conceptos vistos.

    Podemos observar que el cuerpo en la situacin B est en REPOSO flotando en el seno de

    lquido, por lo cual, si tomamos en cuenta la primera Ley de Newton, concluimos que la

    SUMATORIA DE FUERZAS ACTUANTES sobre el cuerpo es NULA. Acto seguido debemos

    plantear un DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE en el cual se evidencien las fuerzas actuantes en

    el bloque.

    Sabemos que cuando un cuerpo est sumergido en un fluido, recibe una fuerza llamada

    EMPUJE y tambin sabemos que al estar en el campo gravitatorio terrestre, el bloque es

    atrado a la Tierra con una fuerza llamada PESO. Entonces ya podemos ir encadenando los

    conceptos: el cuerpo no se mueve por lo que decimos que la sumatoria de fuerzas

    actuantes es cero, pero a su vez sabemos que solo las fuerzas peso y empuje estn

    aplicadas sobre l. Sabiendo que las fuerzas peso y empuje tienen misma direccin pero

    sentido opuesto, podemos concluir que ambas tienen el mismo mdulo, razn por la cual

    estas fuerzas se contrarrestan haciendo que el cuerpo permanezca en reposo.

    E = Vsumergido

    dlquido

    g (5)

    E = Vsumergido

    rlquido

    (6)

    lquidosumergidocuerpocuerpo

    lquidosumergido

    cuerpocuerpo

    VV

    VE

    VP

    EP

    Diagrama de

    Cuerpo Libre

    E

    P

    E

    P P

    E

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    De la misma manera, en la situacin C, al encontrarse el cuerpo quieto y flotando en la

    superficie, las fuerzas que intervienen son las mismas que en el caso B, y por lo tanto se

    cumple aqu tambin que el peso es igual al empuje.

    El diagrama ser exactamente igual al de la situacin B porque, aunque el cuerpo se

    encuentre menos sumergido, el equilibrio de fuerzas es el mismo.

    Como primera respuesta, sin siquiera pensarla unos segundos, uno tiende a decir que en

    la situacin C el cuerpo flota parcialmente sumergido en el lquido porque en este caso el

    EMPUJE es mayor que el empuje que recibe el cuerpo en la situacin B. Pero esto es

    INCORRECTO.

    Como dijimos anteriormente en ambas situaciones el cuerpo est en equilibrio de fuerzas.

    Tanto para B como para C se cumple que P=E y si el cuerpo es el mismo, la fuerza Peso en

    ambos casos es la misma, por lo cual por el EMPUJE EN AMBOS CASOS ES EL MISMO

    Entonces, qu es

    lo que cambia?

    Para comprender mejor esto debemos identificar qu es lo que permanece igual en las

    dos situaciones y que cambia. Las magnitudes que permanecen iguales son: la masa del

    Entonces, por qu si las fuerzas actuantes

    son las mismas, el cuerpo flota a distintas

    alturas en cada situacin?

    CB

    CB

    EE

    EPEP

    P

    E E

    P P

    E EP

    Diagrama de

    Cuerpo Libre

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    cuerpo, el volumen del cuerpo y el peso especfico del cuerpo. Las que cambian son: el

    volumen sumergido del cuerpo y la densidad del fluido (es un fluido distinto).

    Como podemos observar hay slo dos variables que cambian, y se podra pensar que estos

    cambios estn de alguna manera relacionados.

    Sabemos que el empuje que recibe un cuerpo en el seno del lquido es igual al producto

    del volumen sumergido del cuerpo por el peso especfico del lquido y que en ambos casos

    los empujes son iguales, por lo tanto al cambiar el peso especfico del lquido variar en

    consecuencia el volumen sumergido, de manera tal que el producto de ambos (esto es el

    Empuje) permanezca constante. Si la densidad del lquido aumenta el volumen

    sumergido ser menor y viceversa.

    Como

    Concluimos que,

    Ahora analicemos como es la densidad de cuerpo con respecto a la densidad de los

    lquidos en los casos B y C. En las dos situaciones anteriores hemos planteado que como el

    CliqCsumergidoBliqBsumergido

    lquidosumergido

    VV

    VE

    CsumergidoBsumergido VV

    CliquidoBliquido

    Csumergidocuerpo VV cuerpoBsumergido VV

    Como la densidad del lquido C es mayor que la densidad del liquido B el

    cuerpo flota en C con un volumen sumergido menor que B

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    cuerpo est flotando en equilibrio (en el seno o en la superficie de lquido) el peso del

    cuerpo es igual al empuje que recibe en el lquido.

    En la situacin B podemos escribir:

    Como

    Entonces, concluimos que

    Lo mismo podemos plantear para la situacin C

    En este caso

    Entonces, para que la igualdad se cumpla

    Vayamos ahora a la situacin A. A diferencia de lo que ocurra en las situaciones B y C, el

    cuerpo en la situacin A se encuentra apoyado en el fondo del recipiente. El cuerpo se fue

    al fondo del recipiente porque al depositar el cuerpo en el seno del lquido, el peso del

    mismo result ser mayor que el empuje, las fuerzas no se equilibraron y el cuerpo se

    desplaz hacia el fondo. Cuando el cuerpo toca la base del recipiente se detiene. Aparece

    aqu otra fuerza, llamada Normal, producto de la interaccin con la base (tercera Ley de

    Newton: accin y reaccin) que contrarresta la diferencia entre el peso y el empuje (peso

    C liq

    Csumcc

    C

    VV

    EP

    cuerpoBsumergido VV

    cuerpoBliquido

    Csumergidocuerpo VV

    Cliquidocuerpo

    B liq

    Bsumcc

    B

    VV

    EP

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    aparente). Como en la situacin final el cuerpo se encuentra en reposo, la sumatoria de

    fuerzas es igual a cero y podemos plantear

    Teniendo en cuenta esto, se puede proceder a la confeccin del diagrama de cuerpo libre

    para visualizar cmo son las fuerzas involucradas en lo que respecta a mdulo, direccin y

    sentido. La Normal tiene la misma direccin y el mismo sentido que el empuje, y la suma

    de estas dos fuerzas equipara al peso

    Sabemos que

    Y como

    Entonces podemos deducir que

    0 NEP A

    NEPP

    VE

    VP

    aparente

    lquidosumergido

    cuerpocuerpo

    A liq

    Asumcc

    A

    VV

    EP

    cuerpoAsumergido VV

    Aliquidocuerpo

    E

    P

    E

    E

    P P

    N

    N N

    A

    EPN

    EP

    Diagrama de

    Cuerpo Libre

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    Hemos resuelto el primer y el segundo tem del problema. Ya sabemos cul es la relacin

    de Peso y Empuje en cada situacin y cul es la relacin de densidades de los lquidos

    entre s y con el cuerpo. Las respuestas finales seran:

    tem a.-

    En la situacin A y en la situacin B y C

    tem b.-

    La relacin de densidades entre los lquidos y el cuerpo son:

    tem c.- Ahora respondamos Cul es la relacin de los empujes entre s?

    Si observamos la relacin entre peso del cuerpo y empuje en cada caso (respuesta del

    tem a) podemos deducir que como son los empujes entre s. Como Peso es igual Empuje

    en las situaciones B y C y el empuje en A es menor que el peso del cuerpo, y el peso es el

    mismo en todos los casos, entonces

    tem d.-

    Imaginemos que tenemos una situacin como la C, pero en lugar de un cuerpo flotante

    tenemos dos. Si los uniramos con un adhesivo cmo sera la situacin? Tendramos un

    cuerpo del mismo material con el doble masa, y obviamente el doble de volumen.

    B AliquidoliquidoCliquido

    EEE

    AEP

    EP

    B AliquidoliquidocuerpoCliquido

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    El cuerpo en esta situacin, es ms grande de tamao, pero su densidad es la misma. El

    lquido C tambin es el mismo, por lo que en esta nueva situacin tambin se cumplir

    que

    Por lo tanto el cuerpo flotar parcialmente sumergido.

    Si reordenamos la esta ltima ecuacin

    Podemos deducir que la relacin entre las densidades del cuerpo y del lquido es igual a

    la relacin entre el volumen sumergido y el volumen total del cuerpo. Dicho en otras

    palabras la fraccin de volumen sumergido depende de la relacin entre las densidades

    del cuerpo y del lquido. Por ejemplo si la densidad del cuerpo es la mitad de la densidad

    del lquido, el cuerpo flotar con la mitad de su volumen sumergido.

    NOTA: hablar de densidad o de peso especfico es equivalente porque el campo

    gravitatorio es el mismo y por lo tanto la aceleracin de la gravedad es la misma para el

    peso que para el empuje.

    En conclusin, en esta nueva situacin (cuerpo doble en el lquido C), en la que se tiene un

    cuerpo del mismo material que el esquematizado en la situacin C original, pero con el

    doble de masa, la densidad de este cuerpo doble ser igual a la del cuerpo original, y por

    lo tanto, la relacin entre cuerpo y lquido ser la misma que en la situacin original. En

    consecuencia, la relacin sumergida

    total

    V

    V tambin debe permanecer igual, con lo que, si totalm se

    duplica, el totalV tambin se duplica y el sumergidoV tambin deber duplicarse para mantener

    la relacin constante.

    Cliquidocuerpo

    C liq

    Csumcc

    C

    VV

    EP

    cuerpo

    sumergido

    liquido

    cuerpo

    V

    V

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    11 EP

    12

    12

    2

    2

    EE

    PP

    22 EP

    tem e.-

    Un aremetro que flota en distintos lquidos, no es ms que un mismo cuerpo sumergido

    en lquidos de distintas densidades, lo cual es precisamente lo que estuvimos analizando

    hasta ahora.

    Imaginemos un densmetro que flota en un lquido X con la mitad de su volumen

    sumergido. Si lo cambiamos de lquido a uno Y con menor densidad, pero en el cual

    todava el densmetro flota, el volumen sumergido cambiar. En este lquido de menor

    densidad el volumen sumergido ser mayor.

    Como el peso es el mismo en ambos casos porque es el mismo densmetro, los empujes

    en ambos lquidos son iguales, por lo que si cambia la densidad del lquido el volumen

    sumergido cambiar para mantener constante el producto entre ambos, esto es el

    empuje.

    Si al contrario, colocamos un densmetro en un lquido ms denso, el volumen sumergido

    ser menor (usando el mismo razonamiento).

    E

    YliqXliq

    Y liq

    Y

    YsumXsum

    YsumXliqXsum

    X

    VV

    VV

    EP

    X Y

    11 EP 22 EP

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    Los densmetros tienen un mximo y un mnimo de densidades que se pueden medir con

    ellos. La mnima densidad es aquella en la cual el densmetro flota totalmente sumergido.

    Si la densidad del lquido fuera menor que esta ltima el densmetro se ira al fondo. La

    mxima densidad a medir es aquella en la cual el densmetro flota con el bulbo

    completamente sumergido y el vstago completamente fuera del lquido.

    Es de amplio conocimiento que el vidrio es ms denso que el agua, por lo tanto sera

    coherente que un trozo de este material se hunda totalmente en agua. Sin embargo, al

    trabajar con el aremetro notamos que este flota a pesar de ser de vidrio. Esto se debe a

    que en realidad un aremetro no es un cuerpo macizo, est compuesto, no solo por vidrio,

    sino tambin por un lastre y por AIRE! en su interior. Esto hace que su densidad no sea la

    del vidrio, ni la del aire, ni la del lastre que contiene, sino que estar dada por la masa

    total del arometro divido su volumen total. El densmetro para que pueda ser utilizado

    debe flotar, y por lo tanto tener una densidad siempre menor que el lquido a medir.

    Si tuviramos un densmetro de igual diseo que el densmetro convencional, pero hecho

    de vidrio macizo, su masa sera mucho mayor por lo cual al ser sumergido en el seno de un

    lquido convencional, siempre su peso vencera al empuje recibido y se ira al fondo del

    recipiente. Solo servira para medir densidades de lquido mayores que la densidad del

    vidrio.

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    Ejercicio 2 EL PROBLEMA DE LA CORONA DEL REY

    El rey Hiern II le entreg 2,5 kg de oro a su joyero para la construccin de la corona real.

    Si bien se fue el peso de la corona terminada, el rey sospech que el artesano lo haba

    estafado sustituyendo oro por plata oculta en el interior de la corona. Le encomend

    entonces a Arqumedes que dilucidara la cuestin sin daar la corona.

    Con slo tres experiencias el sabio pudo determinar que al monarca le haban robado casi

    un kilo de oro. Veamos cmo lo hizo.

    I- En primer lugar, Arqumedes sumergi la corona real y midi que el volumen

    de agua desplazado era de 166 cm3

    II- A continuacin, sumergi en agua una barra de medio kilo de oro puro y

    comprob que desplazaba 25,9 cm3 del fluido

    III- Por ltimo, Arqumedes repiti la primera experiencia sumergiendo una barra

    de un kilo de plata pura y el volumen de agua desplazado result 95,2 cm3.

    Sabemos que el peso total de la corona es 2500 gr (el joyero tuvo la precaucin de que as

    fuera) Cunto oro fue reemplazado por plata?

    Rta: Arqumedes pudo comprobar que al rey le haban cambiado 840 g de

    oro por plata. Cuenta la leyenda que el joyero no pudo disfrutar del oro mal habido

    RESOLUCIN

    Veamos cmo hizo Arqumedes para determinar si el rey haba sido

    embaucado por el joyero

    Al principio Arqumedes no saba qu hacer. La plata es ms ligera

    que el oro. Si el orfebre hubiese aadido plata a la corona,

    ocuparan un espacio mayor que el de un peso equivalente de oro.

    Conociendo el espacio ocupado por la corona (es decir, su volumen)

    podra contestar a Hiern si el orfebre lo haba estafado o no. Lo que no saba Arqumides

    era cmo averiguar el volumen de la corona.

    Arqumedes sigui dando vueltas al problema en los baos pblicos.De pronto se puso en

    pie como impulsado por un resorte: se haba dado cuenta de que su cuerpo desplazaba

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    agua fuera de la baera. El volumen de agua desplazado tena que ser igual al volumen de

    su cuerpo. Para averiguar el volumen de cualquier cosa bastaba con medir el volumen de

    agua que desplazaba (principio de Arqumedes).

    Arqumedes corri a casa, gritando una y otra vez: "Lo encontr, lo encontr!". Llen de

    agua un recipiente, meti la corona y midi el volumen de agua desplazada. Luego hizo lo

    propio con un peso igual de oro puro; el volumen desplazado era menor. Finalmente

    midi el volumen desplazado por un lingote de plata.

    Luego se dispuso a analizar los datos que posea, y observ que poda calcular las

    densidades del oro, de la corona y de la plata relacionando las masas sumergidas en agua

    con la cantidad de lquido que desplazaban las mismas.

    Arqumedes postul que, si la corona fuera de oro puro, la densidad de la misma debera

    ser igual a la densidad de la barra de oro, puesto que la densidad es una propiedad

    intensiva (es decir, que no depende de la cantidad de materia). Por lo tanto realiz los

    clculos para determinar la densidad del oro y de la corona (ver experiencias I y II):

    mLg

    mL

    g

    Corona

    Corona

    /1,15

    166

    2500

    mLg

    mL

    g

    Oro

    Oro

    /3,19

    9,25

    500

    EUREKA!!! El rey estaba en lo cierto, haba sido embaucado por el

    joyero, la corona real no era de oro puro debido a que

    Pero Arqumedes no se content slo con comprobar que el rey tena razn. Se propuso

    llegar al punto de poder determinar cunta masa de oro haba sido cambiada por plata.

    RECORDEMOS:

    V

    m

    Corona Oro

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    Para ello parti de la base de que si la corona estaba compuesta por oro y plata, la masa

    total de la corona sera una cierta masa de oro ms una cierta masa de plata y lo enunci

    del siguiente modo:

    PlataOroCorona mmm Ecuacin 1

    Del mismo modo, razon que el volumen de la corona era equivalente a la suma de los

    volmenes de las masas de oro y de plata que formaban parte de esa corona. Escribi en

    su cuaderno de notas:

    PlataOroCorona VVV Ecuacin 2

    El problema hasta aqu es que Arqumedes tena cuatro incgnitas y dos ecuaciones.

    Se sent a pensar alguna forma de relacionarlas y se dio cuenta de que, conociendo las

    densidades de la plata y del oro, poda establecer una relacin entre las masas de cada

    metal con su volumen correspondiente, puesto que:

    OroOroOro Vm * Ecuacin 3

    PlataPlataPlata Vm * Ecuacin 4

    Reemplazando Ec. 3 y Ec. 4 en Ec. 1 pudo determinar la siguiente ecuacin:

    PlataPlataOroOroCorona VVm ** Ecuacin 5

    En este punto Arqumedes se dio cuenta que poda calcular la densidad de la plata (ver

    experiencia III):

    mLg

    mL

    g

    Plata

    Plata

    /5,10

    2,95

    1000

    Si bien saba todo esto, an no conoca los volmenes de lquido desalojados

    exclusivamente por el oro y la plata. Pero lo que s saba era que la suma de ambos

    corresponda al volumen total de la corona. Entonces expres el volumen de oro en

    funcin del volumen de plata.

    Reordenando Ec. 2 PlataCoronaOro VVV Ecuacin 6

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    Ahora ya poda determinar el volumen correspondiente a la plata (Remplazando Ec. 6 en

    Ec. 5):

    PlataPlataPlataCoronaOroCorona VVVm ** Ecuacin 7

    Reordenando Ec. 7 OroPlata

    CoronaOroCoronaPlata

    VmV

    * Ecuacin 8

    Qu saba Arqumedes hasta entonces?

    Con los datos que tena, Arqumedes reemplaz en la ecuacin 8 y recin en ese momento

    pudo determinar el volumen de plata de la corona. Veamos como lo hizo:

    mLV

    mL

    g

    gV

    mL

    g

    mL

    g

    mLmL

    gg

    V

    Plata

    Plata

    Plata

    1,80

    8,8

    6,704

    3,195,10

    166*3,192500

    Pero todava no estaba todo resuelto: faltaba saber a cunta masa era equivalente ese

    volumen. Nuestro querido Arqumedes ya haba escrito anteriormente que:

    PlataPlataPlata Vm * Ecuacin 4

    mLV

    gm

    mLg

    mLg

    mLg

    Corona

    Corona

    Corona

    Plata

    Oro

    166

    2500

    /1,15

    /5,10

    /3,19

    Aclaracin:

    si bien en la ecuacin se observan

    valores de masa y densidad

    negativos, ntese que esto se debe a

    que son valores de diferencias de

    masa y densidad, y no valores

    absolutos (valores de masa o

    densidad menores a cero no tienen

    sentido fsico)

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    Y de all por fin pudo calcular la masa de oro que haba sido cambiada por plata:

    mLmL

    gmPlata 1,80*5,10

    Veamos otra forma de abordar este problema:

    Arqumedes saba que la masa de la corona era la sumatoria de las masas de sus

    componentes. Esto tambin se aplica a los volmenes, por lo que:

    (A) PlataOroCorona mmm y (B) PlataOroCorona VVV

    Adems conoca el significado de densidad y haba calculado su valor para el oro, la plata y

    la corona:

    (C)

    PlataPlataPlata

    OroOroOro

    CoronaCoronaCorona

    Vm

    Vm

    Vm

    *

    *

    *

    Para ir un poco ms lejos, si se reemplazaran las ecuaciones de (C) en la ecuacin (A),

    quedara como sigue:

    (D) PlataPlataOroOroCoronaCorona VVV ***

    Reordenando:

    (E) Corona

    PlataPlataOroOroCorona

    V

    VV **

    Por otro lado reordenando (B):

    Densidad de mezclas

    Vale aclarar que esta es la misma ecuacin que se utiliza en el trabajo prctico para

    determinar la densidad de la solucin salina.

    gmPlata 0,841

  • Ctedra de Fsica-FFYB-UBA [17]

    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    (F) OroPlataCorona VVV

    Y reemplazando (F) en (E):

    Corona

    PlataPlataPlataCoronaOroCorona

    V

    VVV **

    As se conocen todos los valores con excepcin del volumen de plata, pudindose despejar

    este ltimo. Para terminar se calcula la masa de plata segn (C):

    PlataPlataPlata Vm *

    AHORA TE PROPONEMOS UNOS PROBLEMAS PARA QUE RESUELVAS SOLO. TE DAMOS

    LAS RESPUESTAS DE CADA UNO DE ELLOS PERO NO UNA EXPLICACIN DETALLADA

    Ejercicio 3

    Si se tienen dos soluciones acuosas de cloruro de sodio A (1 % P/V) y B (5 % P/V),

    a- Podr medir sus densidades con un densmetro que posee una escala cuyos valores

    lmites son: 0,900 g/ml y 1,200 g/ml. Compare los empujes que recibir.

    b- Se dejan caer dos esferas de metal (densidad= 9,3 g/ml) iguales en ambas soluciones A

    y B, realice los esquemas de todas las fuerzas que intervienen cuando alcanza la mxima

    velocidad en cada una de las soluciones. ser igual la velocidad mxima que alcancen las

    esferas en ambos lquidos? Nota: considere que la viscosidad de ambas soluciones es la

    misma.

    c- Grafique Densidad de la solucin acuosa de cloruro de sodio en funcin de

    Cantidad de cloruro de sodio agregado, desde agregado cero y hasta el agregado para

    alcanzar la concentracin de la solucin B. Considere que para estas concentraciones, el

    soluto que se agrega no aporta volumen a la solucin resultante e indique en los ejes

    todos los valores que sean posibles.

  • Ctedra de Fsica-FFYB-UBA [18]

    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    Respuestas

    a) Si, se podrn medir ambas soluciones que ese densmetro, dado que la densidad de

    la solucin A es 1,01 g/ml y la densidad de la solucin B es 1,05 g/ml, por lo cual se

    cumple que 0,900 < A < B < 1,200. Los empujes recibidos por los densmetros

    sern iguales ya que el mismo flota en ambos casos y por ende P=E para ambas

    soluciones).

    b) Peso en A = Peso en B pues las esferas son iguales. Como la densidad de la sol A es

    menor que la densidad de la solucin B, el Empuje en A < Empuje en B dado que el

    volumen sumergido es el mismo y al tener las soluciones distintas densidades los

    empujes que reciben las esferas tambin sern distintos. La fuerza Resistiva en el

    equilibrio ser mayor para la esfera A que para la esfera B. En esta situacin final

    (cuando la esfera alcanza la velocidad lmite la Fuerza Resistiva iguala a la diferencia

    entre peso y empuje. Como la diferencia entre peso y empuje es mayor en A, la

    fuerza resistiva en A > Fza Resistiva en B. Consecuentemente la velocidad alcanzada

    ser mayor en A que en B (Consideramos que las viscosidades de ambas soluciones

    son iguales)

    c) densidad de la solucin = 0,01 mL-1 x + 1,000 g mL-1

    y = 0,01x + 1

    0,991

    1,011,021,031,041,051,061,07

    0 2 4 6

    De

    nsi

    dad

    (g/

    ml)

    Masa de sal agregado (g)

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    PROBLEMAS DENSIDAD 1.0/ M2 / FISICA

    Ejercicio 4

    Al intentar determinar la densidad de una muestra de orina, un tcnico encuentra que el

    volumen de la misma, para el mtodo que utiliza, no es suficiente. Entonces la diluye con

    agua destilada: pipetea 10 ml de orina, lo coloca en un matraz de 50 ml y enrasa con agua

    destilada. De esta manera obtiene un volumen suficiente para la metodologa empleada.

    El valor obtenido al medir la muestra diluida fue 1,006 g/cm3. Calcular la densidad de la

    muestra original.

    Nota: considere volmenes aditivos al realizar la mezcla y que la densidad del agua = 1,00

    g/cm3

    Rta: la densidad de la muestra original es 1,030 g/cm3

    Ejercicio 5

    Para los siguientes esquemas de cuerpos de igual volumen sumergidos en lquidos

    distintos, indique si los tems a-d son verdaderos o falsos, justifique:

    a) densidad (x+y) < densidad x

    b) EI > EII

    c) densidad de A > densidad de B

    d) E II = E III

    Rta: todos los tems son falsos

    B

    B

    A

    X X Y X+Y

    I II III IV

    A