5to Informe Fisica II

FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIALEAP.INGENIERIA INDUSTRIAL

2014

Realizado por:

Romero Rojas, Helmont 10170055

Palomino Sulca Diana 13170122

Laurencio Melgarejo Lucero 13170030

Centeno Almenagorda David 13070107

Profesor:

Miguel Castillo

Ciudad Universitaria, 13 de Mayo del 2014

TENSIÓN SUPERFICIALTENSIÓN SUPERFICIAL

TENSIÓN SUPERFICIAL

Laboratorio de Física II - FCFUNMSM - Facultad de Ingeniería Industrial Página 2

1. OBJETIVO

Determinar el coeficiente de tensión superficial de los líquidos,utilizando el método de Rayleigh (clásico) y mediante el uso de unequipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit)

2. EQUIPOS / MATERIALES

Método Rayleigh (Clásico)1 Soporte Universal 1 Clamp1 Bureta, medir diámetro externo 1 Termómetro1 Vaso de precipitados Líquidos: agua, alcohol,ron



Equipo automatizado (Cobra 3 Basic-Unit)

1 Aro de medida de tensión superficial, de diámetro promedio 19.5mm.1 PC con Windows XP/Windows 981 Cobra3 Basic-Unit 1 Cubeta Preti, d=20cm1 Fuente de poder de 12V/2A 1 Paño1 Software Cobra3 Force/Tesla 1 Probeta de 100ml1 Modulo de medición de Newton 1 Accesorios de conexión1 Sensor Newton 1 Tripode Base1 Cronometro 1 Varilla de 25cm1 Clamp 1 Plataforma de elevaciónvertical



3. FUNDAMENTO TEORICO

Las fuerzas moleculares que rodean una molécula enel interior de un líquido actúan sobre ella desde todoslados; ejerciéndose una presión isotrópica. La fuerzaresultante que actua sobre una molecula localizada enla capa superficial no es cero, debido a que laresultante esta dirigida hacia el interior del liquido,como se ilustra en la Figura 1 interior del liquido.

Método de RayleighDel análisis de la dinámica presente en la formación de una gota que sedesprende de un tubo cilíndrico de radio R, para un líquido que tiene uncoeficiente de tensión superficial ;ߙ se observa que mientras la gota no sedesprenda, tomara una forma tal que la componente vertical de la fuerza detensión superficial se equilibra con su peso; la componente vertical de la fuerzade tensión superficial alcanzara su valor máximo en el instante justo antes deque la gota se desprenda, en el momento que se desprende se cumple a lasiguiente relación:

Donde:m es la masa de la gota,R es el radio externo de la punta de la bureta, yߙ Es el coeficiente de tensión superficial de líquido.

Debido a la condición de mínimo, las gotas de agua adoptan la forma esférica.A partir de la ecuación (1) se podría determinar ߙ , pero como ahí no se hatenido en cuenta el trabajo de deformación cilindro-esfera, el valor que seobtuviera no seria exacto. Rayleigh retoco esta expresión, y encontró un modoempirico para determinara .ߙ Rectifico las constantes y llego a la ecuación.

Considerando un líquido de volumen V, de densidad ,ߩ y que en el hay unnumero N de gotas, la masa de cada gota será,

(1)

(2)

(3)

(4)



Por lo tanto se encuentra que,

Equipo automatizadoPara incrementar el área de la superficie en un líquido en un ܣ∆ , se deberealizar un trabajo .ܧ∆

Donde, ߝ es la energía superficial específica y es idéntica con la tensiónsuperficial:

ߙ = 2/ܨLa fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin demantener la película liquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, lalongitud del borde es l = ݎߨ2

(5)

(6)

(7)



4. PROCEDIMIENTO

MONTAJE 1 – Método de Rayleigh

1.-Mida la temperatura del liquido del interior de la bureta.Anote el valor correspondiente en la Tabla 1

2.- Use el vaso de precipitado como deposito de descargadel liquido de la bureta.

3.- Tome dos puntos A y B como niveles dereferencia.

4.- Cuente el numero de gotas de la porcion de liquidoentre los niveles de referencia.Repita este

procedimiento no menos de 5 veces .Cada vez anote enla Tabla 1 el numero de gotas para el volumen escogido.

5.-Repita los pasos del 1 al 5 para otros liquidos(alcohol/ron;mezcla con agua)

6.-Ahora, repita los pasos anteriores para T=50°C y anote susmediciones en la tabla 2



Equipo automatizado:Para incrementar el área de la superficie en un líquido en un ΔA, se debe realizar un trabajo ΔE. ε = ΔE/ΔA (6) Donde, ε es la energía superficial específica y es idéntica con la tensión superficial: α = F/2l (7) La fuerza F actúa tangencialmente en el borde de la longitud l del aro a fin demantener la película líquida. Cuando usamos un aro de medición de radio r, la longituddel borde es l = 2πr.

MONTAJE 2- Método del anillo:Familiarícese con el equipo sensor de la unidad básica (Cobra 3) y monte eldiseño experimental.

1. Vierta líquido en lacubeta Petric hasta la

mitad.

2. Suspenda el arodel gancho del

sensor Newton. Nosumerja aún el anillo

en el líquido.

3. Utilizando la plataformade elevación vertical,

girando la manija negra,sumerja lentamente el aro

hasta que estécompletamente cubiertopor el líquido de estudio.

4. Con ayuda delprofesor calibre el

sensor.

5. Evite cualquiermovimiento en la

mesa de trabajo, yaque el sistema es

altamente sensible.

6. Inicie la mediciónen software menú.

7. Con la ayuda de laplataforma de

elevación vertical,descienda

cuidadosamente lacubeta Petric

hasta que observeque la película de

interface del líquidoesté tensionadahasta el límite.

8. Mantenga el arotensionado por un

tiempo de 10 s.

9. Al término de los10s suba

cuidadosamentecubeta Petric con la

ayuda de la plataformade elevación.

10. Repita los pasos(c) al (e) al menos 4

veces.

11. Detenga lamedición.



12. De la gráfica fuerza vs tiempo que arroja el programa, seleccione los datoscorrespondientes a la zona de máxima tensión y copie los datos a una hoja decálculo Excel y obtenga el promedio para cada grupo de datos (Fuerzatensora).



5. CALCULOS

Montaje 1Haciendo los primeros pasos del procedimiento llenamos la tabla, tomando dospuntos de referencia, para tener el volumen y luego contando las gotas. Lasdensidades las obtenemos teóricamente.

Sustancia Densidad

H2O 1 g/cm3

Alcohol 0.789 g/cm3

Marque 1.05 g/cm3

Tabla 1

Utilizando:

ߙ = ൬5

19൰൬ߩ

൰ቀ

ቁ

Para el agua

ߙ = ൬5

19൰൬

1/× 0.589

75.2൰൬

9.8 2ݏ/

19.5 ൰= 377.41 /

A Temperatura ambiente: T= 24°C

Líquido

H2O Alcohol Marque: Ron/Mezclaρ

(g/cm3)V

(ml)N

(#gotas)ρ

(g/cm3)V (ml)

N(#gotas)

ρ (g/cm3)

V(ml)

N(#gotas)

1 1 4 93 0.789 1 56 1.05 1 60

2 1 4 98 0.789 1 57 1.05 1 59

3 1 3 67 0.789 1 50 1.05 1 55

4 1 3 63 0.789 1 57 1.05 1 53

5 1 3 65 0.789 1 53 1.05 1 61

Promedio 1 3.6 75.2 0.789 1 54.6 1.05 1 57.6

Error total0 0.529

13.3880 0 2.7276 0 0 3.0724

α (dina/cm)

377.41± 4.99 138.03 ± 0.9092 174.12 ± 1.02



α ࢻ = ൬

൰൬

൰ቀ

ቁ

ிଵߙ ൬5

19൰൬

1/× 4

93൰൬

9.8

19.5 ൰

0.005688

ிଶߙ ൬5

19൰൬

1/× 4

98൰൬

9.8

19.5 ൰

0.005398

ிଷߙ ൬5

19൰൬

1/× 3

67൰൬

9.8

19.5 ൰

0.005922

ிସߙ ൬5

19൰൬

1/× 3

63൰൬

9.8

19.5 ൰

0.006298

ிହߙ ൬5

19൰൬

1/× 3

65൰൬

9.8

19.5 ൰

0.006104

ிߙ ௗ ൬5

19൰൬

1/× 0.589

75.2൰൬

9.8 2ݏ/

19.5 ൰ 0.00633

Para el alcohol

ߙ = ൬5

19൰൬

0.789/× 1

54.6൰൬

9.8 2ݏ/

19.5 ൰= 138.03 /

α ࢻ = ൬

൰൬

൰ቀ

ቁ

ிଵߙ ൬5

19൰൬

0,789/× 1

56൰൬

9.8

19.5 ൰

0.0029932

ிଶߙ ൬5

19൰൬

0,789/× 1

57൰൬

9.8

19.5 ൰

0.0029407

ிଷߙ ൬5

19൰൬

0,789/× 1

50൰൬

9.8

19.5 ൰

0.0033524

ிସߙ ൬5

19൰൬

0,789/× 1

57൰൬

9.8

19.5 ൰

0.0029407

ிହߙ ൬5

19൰൬

0,789/× 1

53൰൬

9.8

19.5 ൰

0.0031627

ிߙ ௗ ൬5

19൰൬

0,789/× 1

54.6൰൬

9.8

19.5 ൰

0.003069

Para el marque

ߙ = ൬5

19൰൬

1.05/× 1

57.6൰൬

9.8 2ݏ/

19.5 ൰= 174.12 /

α ࢻ = ൬

൰൬

൰ቀ

ቁ

ிଵߙ ൬5

19൰൬

1.5/× 1

60൰൬

9.8

19.5 ൰

0.00209927

ிଶߙ ൬5

19൰൬

1.5/× 1

59൰൬

9.8

19.5 ൰

0.00213485

ிଷߙ ൬5

19൰൬

1.5/× 1

55൰൬

9.8

19.5 ൰

0.0022901

ிସߙ ൬5

19൰൬

1.5/× 1

53൰൬

9.8

19.5 ൰

0.0023765

ிହߙ ൬5

19൰൬

1.5/× 1

61൰൬

9.8

19.5 ൰

0.0020649

ிߙ ௗ ൬5

19൰൬

1.5/× 1

57.3൰൬

9.8

19.5 ൰

0.002198



Ahora se repite los pasos anteriores para T=50°C y anote sus mediciones en la

tabla 2

Montaje 2

De la gráfica fuerza vs tiempo que arroja el programa,seleccione los datos correspondientes a la zona demáxima tensión y copie los datos a una hoja decálculo Excel y obtenga el promedio para cada grupode datos (Fuerza tensora).

Ya teniendo los valores de las fuerzas, sacamos los promedios de cada grupo yllenamos laTabla 3

Ver detalles en el anexo

En baño María: T= 50°C

Líquido

Alcoholρ

(g/cm3)V

(ml)N

(# gotas)

1 0.789 2 892 0.789 2 1013 0.789 2 1044 0.789 2 1105 0.789 2 112

Promedio 0.789 2 103.2Error Total 0 0 8.1339

α(dina/cm) 1853.05 ± 2.71

Valores promedio de la fuerza de tensión superficial

F1 2 3 4 5 Promedio Error0.004238889 0.004395 0.004129 0.003439 0.005029 3.4204x10-3 9.42x10-4



6. CUESTIONARIO

1. Para el equipo automatizado, determine el coeficiente de tensiónsuperficial utilizando la ecuación 7. Con su error correspondiente.Recuerde que la longitud l del aro debe estar en metros.En la tabla 3 tenemos:ࢻ 1 2 3 4 5 PROMEDIO

0.004238889 0.004395238 0.004128571 0.00343913 0.005029412 0.004246248

Ecuación (7): ߙ = 2/ܨ , = .ݎߨ2Calculando l: Sabiendo que el diámetro promedio del aro es 19.5mm.

=ݎ19.5

2× 10ଷ = 0.060318579

Calculando α α ࢻ = /ிଵߙ 0.004238889

0.060318579

0.035137506

ிଶߙ 0.004395238

0.060318579

0.036433535

ிଷߙ 0.004128571

0.060318579

0.03422305

ிସߙ 0.00343913

0.060318579

0.028508053

ிହߙ 0.005029412

0.060318579

0.041690403

ிߙ ௗ 0.004246248

0.060318579

0.035198509

Calculando el errorσ 0.004228178

√/− 0.006342266

= (√/− ) 4.02243x10-5

0.000001

ට=ࢻ∆ +

0.006420619

ிߙ ௗ = 0.035198509 ± 0.006420619

ܧ =0.006420619

0.035198509= 0.1824116754 => %ܧ = ܧ × 100% = 18.24%

2. Calcule el error porcentual y evalúe si éste se encuentra en el valorestimado en el error total.

ிߙ ௗ E%E%

promedioிଵߙ 0.035137506

0.035198509

0.173311435

3.690016481ிଶߙ 0.036433535 -3.508743919

ிଷߙ 0.03422305 2.771309883

ிସߙ 0.028508053 19.00778439

ிହߙ 0.041690403 0.006420619

El valor que encontramos es pequeño respecto al error total que se halló.Nos indica cuanto es lo que pude variar la medición.



3. Dé cinco ejemplos de aplicación práctica del fenómeno de tensiónsuperficial. En los campos de: ciencia, tecnología y el hogar.

Ciencia

Pequeños insectoscaminan sobre el agua,

debido a su peso.

En la natación, la tensiónsuperficial forma una capa de

agua sobre el nadador.

Aguja o clip flotante

Cuando el alvéolo se expandecon aire se genera una fuerzade tensión superficial que se

opone al desplazamiento y quedebe ser compensada por lapresión de acuerdo con la ley

de Laplace.

Podemos ver los rocíosque se forman en las hojas

Tecnología

El pretratamiento conplasma ayuda saber la

adhesion de un pintura

Los tensoactivos sonaquellos que tienden a

disminuir la tensiónsuperficial

Burbujas de jabón comopantalla de una lámpara.http://www.di-conexiones.com/tension-

superficial-burbujas-de-jabon-como-pantalla-de-una-lampara/

Los surfactantes actúan sobre latensión superficial,

reduciéndola, de forma que lassustancias aumenten su

superficie con más facilidad.http://www.elconfidencial.com/tecnologia/2014-04-

16/en-que-se-parece-la-extraccion-de-petroleo-a-poner-una-lavadora_117120/

Recuperar pinturasantiguas dismuyendo la

tensión superficial.http://www.elperiodicodearagon.com/noticias/aragon/

equipo-restauracion-recupera-lienzo-siglo-xviii_939380.html

Hogar

Los jabones ydetergentes reducen latensión superficial para

lavar la ropa

En una superficie grasientase puede notar las

"burbujas" que se forman.

Una cucharasosteniéndose

sobre una taza deté.

En la burbuja, latensión evita que se

rompainmediatamente.

Evita elhundimiento de

una flor



4. El diámetro exterior e interior del aro son: 20.0 mm y 19.0 mm. Halle lalongitud sobre la cual la superficie tensora del líquido hace su acción.

ܨ = ܧ = ுଶைߩ × × Suponiendo que solo actúa en la primera cara V= A

× = 1 × × −0.02ଶ)ߨ 0.019ଶ)= 0.01201 = 1.201

Es decir el radio es 19.1 mm

Comparando con el radio del método anterior tendríamos un error de radio:

%ܧ =19.5 − 19.1

19.5× 100% = 2.05%

5. Compare los resultados de ambos métodos. ¿Cuál es su opinión alrespecto?El primer método es más exacto, también nos indica que error nos da por lamedición que siempre se da. En cambio el otro método es más empírico ypuede que no sea muy exacto. Sin embargo como se nota en el error, ladiferencia no es mucho, haciendo que el segundo método sea más sencillo.



7. CONCLUSIONES

Se percibe que entre mayor sea la fuerza de cohesión del fluido másfuerza se necesitara para romper dichos enlaces.

Se reconoce la relación que hay entre cada liquido de acuerdo a suspropiedades, es decir que cada liquido responde de manera diferentesegún su viscosidad y tensión superficial.

El método del pesado de gotas es un buen método adecuado para hallarla tensión superficial del agua a diferentes temperaturas.

Para un líquido dado, el valor de la tensión superficial disminuye comova aumentándola temperatura, debiéndose básicamente a los enlacesintermoleculares.

La tensión superficial se puede definir como la resistencia de aumentarsu superficie, como un ejemplo: permite a algunos insectos caminar enel agua.

La tensión superficial de un líquido está asociada a la energía necesariapara aumentar su superficie por unidad de área.

8. SUGERENCIAS

Pesar adecuadamente las cotas que se cuentan en la luna reloj, ya quevarían enormemente los resultados aumentando el error.

En la bureta a trabajar se debe de regular su flujo para un adecuadoconteo de gotas, así como también ubicar un punto de referencia paramedir los volúmenes del líquido correspondiente a experimentar

Tratar de que la masa de la gota sea precisa y no difiera los resultadospara evitar los factores de corrección.

Utilizar un cronometro adecuado y bien calibrado. Así como tambiénestar atento a las caídas de las cotas y marcar con sumo cuidado, yaque influye directamente al pesado de las gotas.



10.ANEXOS

Gráfica obtenida con el equipo automatizado

Fuerzas obtenidas cada 10 segundos aproximadamente

Tiempo Fuerza F Tiempo Fuerza F Tiempo Fuerza Ft/s F/N t/s F/N t/s F/N12 0.0046 42.1 0.004 76 0.003812.5 0.0043 42.6 0.0047 76.5 0.003713 0.0044 43.1 0.0048 77 0.004213.5 0.0043 43.6 0.0045 77.5 0.004414 0.0042 44.1 0.0045 78 0.004414.5 0.0043 44.6 0.0043 78.6 0.004315 0.0043 45.1 0.0044 79.1 0.003915.5 0.0042 45.6 0.0043 79.6 0.003916 0.0043 46.1 0.0044 80.1 0.003916.5 0.0043 46.5 0.0045 80.6 0.00417 0.0043 47 0.0044 81.1 0.00417.5 0.0042 47.5 0.0041 81.6 0.003818 0.004 48 0.0044 82.1 0.003918.5 0.0039 48.5 0.0047 82.6 0.00419 0.0041 49 0.0045 83.1 0.00419.5 0.0042 49.5 0.0041 83.6 0.00420 0.0042 50 0.0041 84.1 0.004620.5 0.0042 50.5 0.0043 84.6 0.0047

51 0.0043 85.1 0.004651.5 0.0044 85.6 0.004252 0.0046 86.1 0.0044



Como vemos en el gráficos es un conjunto de fuerzas, las cuales se aproximan y nos dan un

promedio, para poder hallar los promedios para la tabla 3.

0.002

0.0025

0.003

0.0035

0.004

0.0045

0.005

0.0055

0.006

Fuerza 1 Fuerza 2 Fuerza 3 Fuerza 4 Fuerza 5

Título del gráfico

Tiempo Fuerza F Tiempo Fuerza Ft/s F/N t/s F/N108 0.0035 142 0.005108.5 0.0036 142.5 0.0058109 0.0034 143 0.0053109.5 0.0035 143.5 0.0046110 0.0034 144 0.0046110.5 0.0034 144.5 0.0052111 0.0036 145 0.0051111.5 0.0034 145.5 0.005112 0.0032 146 0.0047112.5 0.0028 146.5 0.0043113 0.0028 147 0.0051113.5 0.0029 147.5 0.0053114 0.003 148 0.0053114.5 0.0034 148.5 0.0049115 0.0037 149 0.0051115.5 0.0037 149.5 0.0051116 0.0037 150 0.0051116.5 0.0035117 0.0038117.5 0.004118.1 0.0027118.6 0.0036119.1 0.0045



11.BIBLIOGRAFÍA

Manual de Laboratorio de Física II

Manual de Laboratorio de Física I

Burbano, Santiago. Gracia, Carlos. Física General. Editorial Tebar. 2003

Física Universitaria 12va. Edición Sears, Zemansky Vol. 1

http://fsz.ifas.ufl.edu/surfacetensionandcapillarity/html/tension.htm

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