PRÁCTICA SUBIDA DE NOTA

-Introducción: 

En clase el profesor nos planteó un problema sobre cinemática y dinámica. En este debíamos construir una rampa y dejar deslizarse sobre esta un objeto (primero uno que rodara y luego uno que se deslizara) y calcular el coeficiente de rozamiento de dicha rampa. Podíamos medir el tiempo que tardaba el objeto,  la longitud de la rampa, la altura para dicha tarea.

 La cinemática es la parte de la mecánica que trata del movimiento en sus condiciones de espacio y tiempo sin tener en cuenta las causas que lo producen. Por el contrario la dinámica es la rama de la física que describe la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan cambios de estado físico y/o movimiento.

CONCEPTOS CLAVE:

COEFICIENTE DE ROZAMIENTO: expresa la oposición al deslizamiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente adimensional. Usualmente se representa con la letra griega μ. En un plano inclinado puede haber rozamiento estático y dinámico.
FUERZA DE ROZAMIENTO:  fuerza de rozamiento o fuerza de fricción, a la fuerza entre dos superficies en contacto, a aquella que se opone al movimiento entre ambas superficies o a la fuerza que se opone al inicio del deslizamiento.
MRUA: movimiento rectilíneo uniformemente acelerado, su trayectoria es una línea recta y su aceleración es constante y distinta de cero, esto implica que el módulo de la velocidad aumente o disminuya de manera uniforme.

MATERIALES UTILIZADOS:

PELOTA DE PLÁSTICO:

Objeto esférico que es capaz de rodar. Lo hemos utilizado como cuerpo para calcular el coeficiente de rozamiento por rodadura.

MONEDA:

Objeto circular y plano. No es capaz de rodar pero si de deslizarse. Lo hemos utilizado como cuerpo para calcular el coeficiente de rozamiento por deslizamiento.

TABLA DE MADERA:

Se trata de una tabla de conglomerado que hemos colocado sobre unos bloques de madera, en un extremo y sobre la mesa en el otro de tal manera que se creara una rampa. Se usó como la superficie sobre la que el cuerpo se desplazaba.

BLOQUES PEQUEÑOS MADERA:
Pequeños bloques de forma geométrica y de conglomerado usados para, al situarse en solo un extremo de la tabla, crear una pendiente que provocara el deslizamiento o la rodadura del cuerpo.

CINTA MÉTRICA:

Se trata de una cinta hecha de aluminio que marca la longitud del metro y sus subdivisiones. Sirve para medir longitudes o distancias. La hemos utilizado para medir la tabla de madera.

CRONÓMETRO:

Se trata de un objeto que es capaz de medir, con alta precisión, intervalos de tiempo muy pequeños. Lo hemos utilizado para saber  el tiempo que tardaba el cuerpo determinado en llegar desde el inicio de la rampa hasta la mesa.

CALCULADORA CIENTÍFICA:

Se trata de un dispositivo utilizado para realizar cálculos aritméticos.

-Explicación del experimento:

Los pasos seguidos en éste experimento son:

     1. Obtener los materiales que necesitamos para realizar el experimento: pelota de plástico, moneda, tabla de contrachapado, bloques de madera pequeños, cinta métrica, cronómetro y calculadora científica.

     2. Comenzaremos calculando el coeficiente de rozamiento por rodadura (utilizando la pelota de plástico). Por lo que:

         2.1 Colocamos la altura con los bloques de madera y la medimos con la cinta.

                                                                h = 9 cm

         

         2.2 Colocamos la tabla de contrachapado encima de los bloques de madera, terminando en la mesa, creando así una rampa. Medimos la rampa.

                                                             x = 38'5 cm

         2.3 Medimos con la cinta métrica la base.

                       

                                                           Base = 36 cm

             

        2.4 Calculamos el tiempo que tarda la pelota de plástico para llegar al final de la rampa

                            

        

t = 1s

           2.5 Teniendo en cuenta que parte del reposo ( Vo = 0 m/s ) y que la posición inicial es 0 ( X=0 m ), calculamos la aceleración, el ángulo entre la rampa y la base, y por último el coeficiente de rozamiento dinámico por rodadura

   3. Calcularemos el coeficiente de rozamiento dinámico por deslizamiento (utilizando una moneda de 1 euro). Para ello:

              

            3.1 Colocamos una altura mayor con los pequeños cubos de madera, y la medimos.

                                                             h = 12'7 cm

           3.2 Colocamos la tabla de contrachapado encima de los bloques de madera, terminando apoyada en la mesa. La longitud de la rampa sigue siendo la misma que en el apartado anterior.

                                                             x = 38'5 cm

            3.3 Medimos la base de nuevo.

base = 34'7 cm

          3.4 Calculamos el tiempo que tarda la moneda en llegar al final de la rampa.

t = 0'7s

              3.5  En primer lugar, tenemos en cuenta que la moneda comienza a caer cuando está apoyada, y por lo tanto, ocupando un espacio de la rampa. Por lo que, medimos el diámetro de la moneda de 1 euro y lo restamos a la longitud de la rampa. 

diámetro moneda = 2´5 m = 0'025 cm

x = 0'385 - 0'025 = 0'36 m

Además tenemos en cuenta que parte del reposo ( Vo = 0 m/s ) y que la posición inicial es 0 ( X=0 m ). 

Calculamos la aceleración, el ángulo entre la rampa y la base, y por último el coeficiente de rozamiento dinámico por deslizamiento.

-Datos y cálculos:

A) Calcular el coeficiente de rozamiento dinámico por rodadura

b) Calcular el coeficiente de rozamiento dinámico por desplazamiento

NOTA IMPORTANTE: Tenemos en cuenta que la moneda comienza a caer cuando está apoyada, y por lo tanto, ocupando un espacio de la rampa. Por lo que, medimos el diámetro de la moneda de 1 euro y lo restamos a la longitud de la rampa. 

diámetro moneda = 2´5 m = 0'025 cm

x = 0'385 - 0'025 = 0'36 m

Sin embargo, al calcular el ángulo formado entre la rampa y la base, se opera con la longitud original de la rampa, ya que aunque la moneda comience a deslizarse desde cualquier punto de la rampa, el ángulo entre la rampa y la base será el mismo.

x= 0'385 m

-Conclusión:

El objetivo de esta práctica es calcular el coeficiente de rozamiento de un cuerpo que se desliza por una rampa y de otro que rueda por esta misma.
Hemos hecho empleo de la trigonometria, necesaria para poder hallar la pendiente de la rampa, y las leyes de la dinámica y la cinemática, para medir la velocidad del objeto y poder, después, calcular mediante las fuerzas y su descomposición la incógnita planteada originalmente. Aplicando las fórmulas conocidas y midiendo aquello de carácter cuantitativo logramos obtener dicho coeficiente en los dos casos distintos: por deslizamiento y por rodadura.

Hay determinados factores que no son del todo precisos, puesto que el factor humano es inevitable. Uno de estos sería la medición exacta del tiempo que tarda el cuerpo en deslizarse por la rampa, puesto que hay que parar el cronómetro manualmente, pero como el error es de centésimas lo hemos considerado despreciable. Otro de los factores sería el punto exacto desde el cual el objeto comienza el movimiento, pudiendo variar en unos milímetros.
A lo largo del experimento nos surgieron algunas cuestiones. Una de ellas fue que nos planteamos calcular el rozamiento mediante las energías finales e iniciales del cuerpo. Otra fue qué podría ocurrir si se variara la pendiente.
Por último cabe destacar que hemos observado que el coeficiente varía en ambos casos y podemos concluir con certeza que este es mayor en la moneda (por deslizamiento) que en la pelota (por rodadura). Esto nos indica que la fuerza de rozamiento (coeficiente de rozamiento por la normal) vencida por la pelota es menor que la que ha vencido la moneda. Además, se ha de mencionar que  en un inicio la moneda no logró vencer dicho coeficiente pero, al variar la inclinación de la rampa sí lo hizo; esto nos demuestra que el grado de inclinación de una superficie puede alterar su fuerza de rozamiento, que a su vez frenará más o menos el cuerpo en movimiento.

PRÁCTICA 1º

-Introducción:

En el experimento realizado hemos hallado la variación de entalpía de una disolución compuesta por hidróxido de sodio (NaOH) y agua (H2O). 

Una disolución es una mezcla homogénea surgida tras disolver una sustancia (soluto) en un líquido que se encuentra en mayor abundancia (disolvente).
Un ejemplo común podría ser un sólido disuelto en un líquido, como la sal o el azúcar disueltos en agua; o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama. También otros ejemplos de disoluciones son el vapor de agua en el aire, el hidrógeno en paladio o cualquiera de las aleaciones existentes.
Las características generales de las disoluciones son:

-Son mezclas homogéneas: las proporciones relativas de solutos y solvente se mantienen en cualquier cantidad que tomemos de la disolución (por pequeña que sea la gota), y no se pueden separar por centrifugación ni filtración.
-La disolución consta de dos partes: soluto y disolvente.
-Cuando el soluto se disuelve, éste pasa a formar parte de la solución.
-Al disolver una sustancia, el volumen final es diferente a la suma de los volúmenes del disolvente y el soluto, debido a que los volúmenes no son aditivos
-Las propiedades químicas de los componentes de una disolución no se alteran.
-Sus propiedades físicas dependen de su concentración

La variación de entalpía es el calor que desprende o absorbe un proceso cuando la presión es constante.
La variación de entalpía (DH) de un proceso es el calor absorbido o desprendido a presión constante. Como criterio habitual de signos se suele considerar positivo el calor absorbido por el sistema estudiado y negativo el calor cedido por el sistema estudiado.

Muchos procesos físicos y químicos se producen a presión constante y en ellos suele haber  una absorción o desprendimiento de energía en forma de calor por lo que esta magnitud tiene interés para describir esos procesos. Entre ellos son particularmente importantes las reacciones químicas y los procesos de disolución de sustancias. 

La fórmula es  Qp= Cp.m (T2-T1)

Siendo:

• Cp: Capacidad calorífica de la sustancia (el calor necesario para aumentar la temperatura por cada unidad de masa) a presión constante.

• m: Masa de la sustancia.

• T1, T2: Temperaturas, inicial y final, tomadas de un cuerpo.

• Qp: Calor a presión constante. En este caso correspondería a la variación de entalpía. 

- Es necesario medir la temperatura tanto del vaso como del agua antes y después de añadir el soluto en la disolución.

      -Al no poder medir, aparentemente, la temperatura del vaso de precipitado hemos de suponer que esta es la misma que la del agua.

- Al aplicar la fórmula anteriormente expresada debemos de tener en cuenta el nº de moles de NaOH utilizados. Para ello debemos, además, calcular la proporcionalidad correspondiente.

-Materiales utilizados:

Probeta:

Instrumento volumétrico que consiste en un cilindro graduado de vidrio que permite contener líquidos y sirve para medir volúmenes de forma aproximada.

Vaso de precipitado:

Recipiente cilíndrico de vidrio fino que se utiliza muy comúnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar líquidos. Se les encuentra de varias capacidades, desde 1 ml hasta de varios litros.

Vidrio en forma de reloj:

Lámina de vidrio en forma circular cóncava-convexa.Se utiliza en química para evaporar líquidos, pesar productos sólidos o como cubierta de vasos de precipitados, y contener sustancias parcialmente corrosivas. Es de tamaño medio y muy delicado.


Báscula:

Aparato que sirve para pesar.

Termómetro:

Instrumento de medición de temperatura.

Varilla de vidrio:

Cilindro de vidrio que sirve para agitar disoluciones, con la finalidad de mezclar productos químicos y líquidos en el laboratorio.

 NaOH:

También conocido como sosa cáustica, es usado en la industria de fabricación de papel, tejidos, y detergentes, además de en la industria petrolera. A temperatura ambiente, es un sólido blanco cristalino sin olor que absorbe la humedad del aire. Cuando se disuelve en agua o se neutraliza con un ácido libera una gran cantidad de calor que puede ser suficiente como para encender materiales combustibles. Es una sustancia muy corrosiva.

 Agua(H2O):

Sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno (H2O).

-Explicación del experimento:

Los pasos seguidos en el experimento son:

• 1.      Pesar el vaso de precipitado con una báscula y anotar el peso observado.

• 2.      Llenar dicho vaso con 100mL de agua (siendo medidos con una probeta).

• 3.      Medir la temperatura del agua, suponiendo que esta es la misma que la del vaso de precipitado.

                                                             T_{1(del agua y del vaso)}=18ºC

• 4.      Añadir al agua n=0.05 mol de NaOH. Se añaden 2g, calculados con la fórmula n_NaOH= m_NaOH/M_NaOH . Para pesar correctamente el soluto a añadir, nos servimos de una cuchara y un vidrio de reloj. En este pesaremos el Hidróxido de Sodio en la báscula.

• 5.      Disolvemos los moles añadidos de NaOH en agua con una varilla de cristal.

• 6.      Agitar constantemente, pudiendo aplastar el NaOH con la varilla para facilitar la disolución.

• 7.      Introducir de nuevo el termómetro y volver a tomar la temperatura. Esta debe ser la mas alta alcanzada.

                                                                T_{2(agua y del vaso)}= 22ºC

• 8.      Cuando hemos reunido todos los datos usamos la fórmula Qp= Cp.m (T2-T1). De esta manera hallaremos el calor desprendido que, en este caso, coincide con la variación de entalpía.

• 9.      El calor desprendido total, o la variación de entalpía total, será la suma del calor absorbido por el vaso de precipitado y por el agua.

Observaciones a tener en cuenta:

- Es necesario usar guantes durante toda la práctica    

-    - Es necesario limpiar antes y después de los experimentos los diferentes materiales

- Se debe de tener en cuanta que el resultado no será exacto debido a que la temperatura del vaso puede variar por la suposición de que esta es la misma que la del agua. 
- Se debe ser muy estricto y exacto con las cantidades de líquidos y masas, teniendo en cuenta sus respectivos decimales.

-Datos y cálculos:

Los datos que disponemos son:

Cp_agua=4.18 J/gK

Cp_NaOH0= 0.84 J/gK

n=0.05 mol NaOH

Los datos observados:

T_{1(del agua y del vaso)}=18ºC

T_{2(agua y del vaso)}= 22ºC

*(Suponiendo que  Tªvaso= Tªagua)

Los datos calculados:

n= 0.05 mol de NaOH (A partir del cual hallamos la masa necesaria de soluto que debemos añadir en la disolución)

nNaOH= mNaOH/MNaOH;
nNaOH *MNaOH= mNaOH
0.05*40= 2g de NaOH deberán de añadirse en la disolución.

M NaOH =23+16 +1=40 g/mol.

M_Agua= 97.22g

M_vaso= 45.24g

-Calor absorbido del agua (H2O):

Qp= Cp*m (T2-T1)

Qp= 4.18*97.22 (22-18)

Qp= 1625.5184 Kj/mol

-Calor absorbido del vaso:

Qp= Cp*m (T2-T1)

Qp= 0.84*45.24 (22-18)

Qp= 152.006 KJ/mol

Variación de entalpía= Qp agua+ Qp vaso

Variación entalía = 1625.5184+ 152.006

Variación de entalpía= 1777.52 KJ/mol

• Durante la práctica hubo una incidencia: Los objetos del laboratorio tenían residuos por no estar correctamente limpiados. Por ello al introducir el soluto en el disolvente y realizar la disolución, esta ha adquirido un color rosáceo. Posteriormente este tono rosáceo ha desaparecido.

-Conclusión

El objetivo de esta practica es observar y determinar la variación de entalpía del calor absorbido por un vaso y el agua durante el proceso de disolución del hidróxido de sodio en agua, expresando el resultado en KJ/mol de NaOH. 
Para ello, pesamos el vaso de precipitado antes y después de introducir en el el agua (H2O), medimos las temperaturas del agua antes y después de introducir el hidróxido de sodio(NaOH), posteriormente disolvemos el hidróxido de sodio en el agua, y volvemos a medir la temperatura de la disolución, y, a través de la aplicación de las formulas explicadas anteriormente, calcular la variación de entalpía.
Podemos concluir afirmando que se trata de un proceso endotérmico, ya que es una reacción química que absorbe energía. Esto se puede observar en los valores positivos resultantes de la variación de entalpía, es decir, la energía que poseen los productos en mayor a la de los reactivos.