La Densidad

Aunque toda la materia posee masa y
volumen,
  la misma masa de sustancias
diferentes tienen ocupan distintos
volúmenes, así notamos que el
hierro o el hormigón son pesados,
mientras que la misma cantidad de goma de borrar o
plástico son ligeras. La propiedad que
nos permite medir la ligereza o pesadez de una
sustancia recibe el nombre de densidad.
Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo,
más pesado nos parecerá.

La densidad se define como el
cociente entre la masa de un cuerpo
y el volumen que ocupa.
Así, como en el S.I. la
masa se mide en kilogramos
(kg) y el volumen en metros
cúbicos (m3) la
densidad se medirá en kilogramos
por metro cúbico (kg/m3).
Esta unidad de medida,  sin embargo, es muy poco
usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua,
por ejemplo, como un kilogramo ocupa un
volumen de un litro, es decir,
de 0,001 m3, la densidad
será de:

La mayoría de las sustancias tienen
densidades similares a las del agua por lo que, de usar
esta unidad, se estarían usando siempre números muy
grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de
medida el gramo por centímetro
cúbico (gr./c.c.), de esta forma la
densidad del
agua
será:

Las medidas de la densidad quedan, en
su mayor parte, ahora mucho más pequeñas y
fáciles de usar. Además, para pasar de una unidad a
otra basta con multiplicar o dividir por mil.

La densidad de un cuerpo está
relacionada con su flotabilidad, una sustancia
flotará sobre otra si su
densidad es menor. Por eso la
madera flota sobre el agua y el plomo
se hunde en ella, porque el plomo posee mayor
densidad que el agua mientras que la
densidad de la madera es menor, pero
ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de
densidad más baja.

Densidad: La densidad
es una característica de cada sustancia.
Nos vamos a referir a líquidos y sólidos
homogéneos. Su densidad, prácticamente, no cambia
con la presión y
la temperatura;
mientras que los gases son muy
sensibles a las variaciones de estas magnitudes.

Cálculo de la densidad
en los líquidos

En el laboratorio,
vamos a coger agua en un
recipiente y, utilizando una probeta y la balanza electrónica, vamos a calcular las masas que
tienen  diferentes volúmenes de agua; los vamos a
anotar:

    Hacemos otras medidas
similares con aceite:

A continuación, dividimos cada
medida de la masa de agua por el volumen que ocupa
y lo mismo hacemos con las medidas obtenidas con el
aceite.

¿Qué
observaremos?

Que los cocientes obtenidos con las medidas del agua son
iguales entre sí, lo mismo que ocurre con las del aceite;
pero, comparadas las unas con las otras, veremos que son
diferentes.

    ¿Que hemos calculado en esos
cocientes?

Hemos hallado la masa de la
unidad de volumen de cada uno de estos cuerpos, es
decir,  su densidad.

densidad de un
cuerpo = masa del cuerpo / Volumen que ocupa

Sus unidades serán en el
S.I.      kg./m3
                  

Es frecuente encontrar otras unidades, tales como 
g/c.c. ;  g/l ; etc… .

  Cálculo de
la densidad en los sólidos:

Para hallar la densidad, utilizaremos la
relación:

d =
Masa / Volumen

Lo primero que haremos será, determinar la masa
del sólido en la balanza.

Para hallar el volumen:

• Cuerpos regulares:
  Aplicaremos la fórmula que nos permite su cálculo.
  Si es necesario conocer alguna de sus dimensiones las mediremos
  con el calibre, la regla o el instrumento de medida
  adecuado.
• Cuerpos irregulares: En
  un recipiente graduado echaremos agua y anotaremos su nivel.
  Luego, sumergiremos totalmente el objeto y volveremos a anotar
  el nuevo nivel, La diferencia de niveles será el volumen
  del sólido.

      Todas las medidas las
realizaremos , por lo menos , tres veces y calcularemos la media
aritmética para reducir errores .

PUNTOS DE FUSIÓN Y
EBULLICIÓN

Calor y Temperatura:    En el lenguaje
cotidiano solemos confundir los términos
calor y temperatura. Así, cuando hablamos
del calor que hace en el verano o lo mal que saben
los refrescos calientes, realmente nos referimos a la
temperatura, a la mayor o menor
temperatura del aire o los
refrescos. La temperatura es una magnitud
física que nos permite definir el estado de
una sustancia, lo mismo que cuando decimos que un coche
circula a 90 km/h o que una casa tiene 5 m de
alto.

Cuando se ponen en contacto dos sustancias a
distinta temperatura, evolucionan de forma que
el cuerpo a mayor temperatura la disminuye y el
que tenía menor temperatura la aumenta hasta que al final
los dos tienen la misma temperatura, igual que
al echar un cubito de hielo a un refresco, que
el refresco se enfría y el cubito de hielo se calienta y
termina convirtiéndose en agua. Decimos que la
sustancia a mayor temperatura ha cedido
calor a la sustancia que tenía
menor temperatura.   

Sin embargo, el calor no es algo que
esté almacenado en el cuerpo más caliente
y que pasa al cuerpo más frío. Tanto uno
como otro poseen energía, que depende de
la masa del cuerpo, de su temperatura,
de su ubicación, etc. y recibe el nombre de
energía interna. Cuando esta
energía interna pasa de una
sustancia a otra a causa de la diferencia de
temperatura entre ellas la llamamos calor.
Una catarata es agua que pasa de un sitio a otro porque
están a distinta altura, de forma similar
el  calor es la
energía que pasa de un cuerpo a
otro porque están a distinta temperatura.

Punto de ebullición:

Si ponemos al fuego un recipiente con agua,
como el fuego está a mayor temperatura
que el agua, le cede calor y la
temperatura del agua va aumentando, lo
que podemos comprobar si ponemos un termómetro en el agua. Cuando
el agua llega
a 100 ºC, empieza a hervir, convirtiéndose en
vapor de agua, y deja de aumentar su
temperatura, pese a que el fuego sigue
suministrándole calor: al pasar de
agua a vapor de agua todo el
calor se usa en cambiar de líquido a
gas, sin
variar la temperatura.

La temperatura a la que una
sustancia cambia de líquido a gas se llama
punto de ebullición y es una propiedad
característica de cada sustancia,
así, el punto de ebullición del
agua es de 100 ºC, el del alcohol de 78
ºC y el hierro hierve a 2750 ºC.

Punto de fusión:

Si sacas unos cubitos de hielo del congelador y los
colocas en un vaso con un termómetro verás que
toman calor del aire de la cocina
y aumentan su temperatura. En un principio su
temperatura estará cercana a -20 ºC
(depende del tipo de congelador) y ascenderá
rápidamente hasta 0 ºC, se empezará a formar
agua líquida y la temperatura
que permanecerá constante hasta que todo el hielo
desaparezca.

Igual que en el punto de ebullición, se produce
un cambio de estado, el agua pasa
del estado sólido (hielo) al estado
líquido (agua) y todo el calor se
invierte en ese cambio de
estado, no
variando la temperatura, que recibe el nombre de
punto de fusión. SE trata de una
temperatura característica de cada
sustancia: el punto de fusión del agua es
de 0 ºC, el alcohol funde
a -117 ºC y el hierro a 1539
ºC.

Tensión
Superficial

El efecto de las fuerzas intermoleculares es de tirar las
moléculas hacia el interior de la superficie de un
liquido, manteniéndolas unidas y formando una superficie
lisa. La tensión superficial mide las fuerzas internas que
hay que vencer para poder expandir
el área superficial de un liquido. La energía
necesaria para crear una mueva área superficial,
trasladando las moléculas de la masa liquida a la
superficie de la misma, es lo que se llama tensión
superficial. A mayor tensión superficial, mayor es la
energía necesaria para transformar las moléculas
interiores del liquido a moléculas superficiales. El agua
tiene una alta tensión superficial, por los puentes de
hidrogeno.

1.- Para hacer el
primer experimento necesitas una aguja de coser bien seca, un
Tenedor y un Vaso lleno con agua de la canilla hasta un
centímetro de su borde superior. Coloca la Aguja sobre los
dientes del Tenedor y, con estos en posición horizontal,
sumergirlos con cuidado y lentamente en el Vaso con agua. Cuando
la Aguja toque el agua retira con cuidado tenedor del vaso sin
tocar la aguja. La Aguja flotará aún después
de retirado el Tenedor. Si observas de cerca la superficie del
agua verás como esta parece hundirse por el peso de la
Aguja.

2.-Para
realizar el segundo experimento necesitas un Vaso, un Plato
hondo, Agua y algunas Monedas. Apoya el Vaso en el Plato hondo.
Seca con un repasador los bordes del mismo. Llena el Vaso con
Agua hasta el ras sin que se derrame en el Plato ni una gota.
Luego, con cuidado y por el borde del Vaso, introducir en el Vaso
las monedas de a una hasta que el Agua del Vaso desborde.
Observarás, que antes de que desborde el Agua, esta puede
llenar el Vaso algunos milímetros más debido al
fenómeno de la Tensión Superficial.

3.-Para realizar el tercer Experimento necesitas una
Brocha de Pintor y un Recipiente con Agua. Si observas primero la
Brocha cuando las cerdas están secas apreciarás que
las mismas aparecen más bien separadas.
Al sumergir la Brocha en el Recipiente con Agua observarás
que las cerdas tienden a juntarse debido a la Tensión
Superficial.

Gravedad Especifica, Contenido de
Humedad, Peso Unitario

Objetivos:

Aprender a hallar el peso unitario de una muestra de
suelo, y saber
interpretar este valor.

Aprender a hallar la humedad que tiene determinado
suelo, y
aprender a interpretar este valor.

Hallar valores de
gravedad especifica de un suelo determinado, con el cual nos
podemos dar una idea de el tipo de suelo en
cuestión.

Aprender a diferenciar la veracidad de los diferentes
ensayos de
laboratorio.

Reunir los resultados para dar una respuesta veraz a los
problemas que
se presentan en la mecánica de suelos. Aprender
a relacionar la humedad, el peso especifico, etc., para sacar una
conclusión sobre el suelo.

Introducción:

En este primer laboratorio de suelos,
realizamos tres practicas, las cuales nos sirven para determinar
ciertas características especificas de el material en
cuestión, el suelo. Una de estas características es
el peso unitario, el cual nos sirve para hallar la
relación entre peso y volumen, para posteriormente saber
cuanto puede pesar determinado volumen, o para saber que volumen
puede hacer determinado peso del suelo. Este resultado de peso
unitario, también nos puede dar una idea de el numero de
vacíos que se hallan en el suelo, si comparamos el valor
que nos da en el laboratorio, comparándolo con el valor de
peso unitario de un suelo conocido, teniendo en cuenta las
características del suelo.

La segunda practica que realizamos fue hallar el
porcentaje de humedad que hay en el suelo. Esto fue posible
pesando la muestra de suelo,
tal como llega de la zona donde se saco (húmedo),
pesándolo y luego secarlo y tomar el peso suelto. Podemos
definir que el porcentaje de humedad es el peso de el agua, sobre
el peso de los sólidos, es decir, peso húmedo menos
peso seco, sobre peso seco.

La tercera practica realizada fue la de Gravedad
especifica, la cual nos permite halla la cantidad de
vacíos que hay en un determinado suelo, y es tal vez el
más importante de las tres practicas realizadas en el
laboratorio, ya que nos permite clasificar un suelo.

Gravedad Especifica:

La gravedad especifica esta definida como el peso
unitario del material dividido por el peso unitario del agua
destilada a 4 grados centígrados. Se representa la
Gravedad Especifica por Gs, y también se puede calcular
utilizando cualquier relación de peso de la sustancia a
peso del agua siempre y cuando se consideren volúmenes
iguales de material y agua.

Gs = Ws/v / Ww/v

Procedimiento:

Pesamos un matraz vacío, el cual debe estar
limpio y seco, al cual se le agrega una cantidad de agua hasta la
línea de aforo, luego se la agrega una cantidad de suelo,
aproximadamente 50 gramos, el cual debe pasar por el tamiz 40, y
debe estar seco al aire. Luego se saca todo el aire de la mezcla
de agua y suelo, lo cual se hace colocando al baño de
Maria el matraz con el suelo, y luego colocándolo en una
bomba de vacío, repitiendo este ciclo por varias horas,
hasta que se determine que el aire del matraz ha salido
completamente. Luego se enrasa la cantidad de agua que hace
falta, para llegar a la línea de aforo, y se saca el aire
nuevamente, si es necesario. El proceso de
sacar el aire debe durar de 6 a 8 horas para suelos plásticos,
y de 4 a 6 horas para suelos de baja plasticidad.

Luego de tener el matraz con la cantidad de agua
especificada, se procede a pesar el matraz el cual contiene agua
y suelo, al mismo tiempo que se le
toma la temperatura a el agua que esta dentro del
matraz.

Luego de haber pesado el matraz, la mezcla de agua
suelo, se lleva a una cápsula, en donde se colocara al
horno, mínimo por 24 horas, para asegurarnos de que la
muestra este totalmente seca, y luego se pesa la cápsula.
Hay que tener en cuenta de hallar el peso de la cápsula
limpia y seca, para poder hallar
luego que peso hay de suelos, restando estos dos
pesos.

Cálculo:

Tenemos que Gs = A Ws / Wma + Ws – Wmas

Teniendo en cuenta que A es la corrección por
temperatura que se debe hacer a la muestra, y depende de la
siguiente tabla.

Temperatura oC A

16 1.0007

18 1.0004

20 1.0000

22 0.9996

24 0.9991

26 0.9989

Hallamos el peso del matraz con agua a la temperatura de
calibración, según la curva de calibración
del matraz, la cual a una temperatura de 26.5 grados
centígrados nos dio un valor de 635.3 gramos.

El peso del Matraz vacío nos dio un Valor de
136.85 gramos

El peso del Matraz con agua, suelo nos dio un peso de
643.93 gramos, y la corrección por temperatura, A =
0.9986, a 26 grados centígrados.

Haciendo los cálculos, deacuerdo a la formula
enunciada anteriormente, la gravedad especifica nos da un valor
de :

Gs = 1.041

Si pudiéramos decir que este valor tiene un error
pequeño, cosa que no es cierta por la forma en que se
realizo el laboratorio, podríamos clasificar el suelo como
un suelo con alto contenido de materia
orgánica, según la siguiente tabla:

TIPO DE SUELO Gs

Arena 2,65 2,67

Arena Limosa 2,67 2,70

Arcilla Inorgánica 2,70 2,80

Suelos con mica o Hierro 2,75
3,00

Suelos Orgánicos Puede ser inferior a
2.00

***La gravedad específica sirve para hacer
cálculos de cuanto material se puede extraer de una labor
minera, un ejemplo claro vemos que la empresa
Graña y Montero usa la gravedad específica para
hacer un informe de cuanto
se ha extraído de material estéril a lo cual ellos
se dedican, ayudándose de instrumentos como la
estación total, donde les ayuda a determinar el
área de extracción, y con los datos de gravedad
específica determinan su volumen.

Contenido de Humedad:

El contenido de humedad de una determinada muestra de
suelo, esta definida como el peso del agua, sobre el peso de los
sólidos por cien (para dar el valor en porcentaje), y esta
definida por la letra W.

Procedimiento:

Primero pesamos dos tarros, los cuales estaban limpios y
secos, en los cuales ibamos a echar la muestra, para secar en el
horno. Luego le echamos una muestra del suelo en cuestión
a cada uno de los recipientes, pesándolo de nuevo,
teniendo en cuenta de pesar la tapa de los tarros, junto con
ellos. Luego se llevaron los tarros al horno, en donde estubieron
mas de tres dias (ya que era un fin de semana), lo cual nos
garantizo que la mezcla estaba seca. Luego de sacarla del horno,
y taparla, se peso, hallando el peso del suelo seco, y el
recipiente. De esta manera tenemos todos los datos que se
requieren para poder hallar el contenido de humedad del suelo en
cuestión.

Cálculos:

El peso de el recipiente numero 139, con u tapa fue de
19,49 gramos, el cual peso 90,32 gramos con la muestra del suelo
húmeda, y 75,98 con el peso del suelo seco.

El recipiente numero 205 peso 26,36 gramos cuando estaba
vacío, limpio y seco. El mismo recipiente peso 112,42
gramos teniendo el suelo húmedo, y 94,63 teniendo el suelo
seco, después de haber salido del horno.

Por lo tanto para la muestra numero uno, la de el
recipiente 139, tenemos:

Peso del Agua = Peso húmedo – Peso
Seco

Peso Suelo Seco = Peso Seco – Peso
recipiente.

Peso Agua = 14.24 gramos

Peso Suelo Seco = 56.49 gramos

Contenido De Humedad W = 14.24 / 56.49 x 100 = 25.21 Por
ciento

Para La muestra numero dos tenemos:

Peso Agua = 17.79 gramos

Peso Suelo Seco = 68.27 gramos

W = 17.79 / 68.27 x 100 = 26.06 Por ciento.

El promedio de las dos muestras es:

W = 25.21 + 26.06 / 2 = 25.63 Por ciento.

Por lo tanto podemos decir que la muestra en
cuestión tenia el 25.63 Porciento de
Líquidos.

Es importante resaltar que cuando se mete un suelo en un
horno, se supone que todo el suelo, en su parte sólida se
mantendrá así, y que no se evaporara, como suele
suceder con algunos asfaltos, que al calor se
convierten en gas, mermando el peso de la parte sólida.
También se supone que no hay materia
orgánica que se afecte con el calor del
horno.

Peso Unitario:

El peso unitario de Un suelo, esta definido como el peso
de la muestra, sobre su volumen. Si se tiene una figura regular
de muestra, se puede hallar su volumen con las medidas de esta
figura, y por geometría,
sacar el volumen de suelo que hay. Si por el contrario, no se
cuenta de un figura geométrica pareja, se debe llevar a
otros métodos,
por medio de los cuales con el desplazamiento de agua, al meter
este suelo en un estanque llena de esta, se puede llegar a
calcular el volumen de la muestra. Con este método, se
debe tener en cuenta de que al suelo no del debe entrar agua a su
interior, porque de lo contrario, estaríamos alterando los
resultados.

También hallaremos el peso unitario seco, el cual
se define como el peso seco de la muestra sobre el volumen de la
muestra, pero como tenemos el porcentaje de humedad de la muestra
de suelo, podemos hallar el peso unitario seco por la
relación entre el peso unitario húmedo sobre uno
mas el porcentaje de humedad sobre cien.

Procedimiento:

Primero se hallo el volumen de suelo que
teníamos, el cual lo hallamos tomando el promedio de sus
medidas, las cuales eran altura, y diámetro, ya que era un
cilindro. Luego se procedió a pesar la muestra. Con este
procedimiento
tenemos todos los datos necesarios para hallar el peso unitario
del suelo.

Cálculos:

Se tomaron tres diámetros en diferentes partes
del cilindro, dentro de las cuales hubo dos
mediciones.

En el punto A tenemos 57.0mm, 57.2mm, promedio
57.1mm

En el punto B tenemos 56.7mm, 56.7mm, promedio
56.8mm

En el punto C tenemos 55.9mm, 56.6mm, promedio
56.25mm

De estos tres datos promedios, hacemos el promedio,
dándonos el valor de 56.72mm, el cual escogimos como el
valor mas aproximado al promedio del diámetro del
cilindro.

Hubo tres mediciones de la altura, las cuales fueron
98.5mm, 98.4mm, 98.5mm, lo cual nos da un promedio de alturas de
98.47mm

De esta forma ya podemos hallar el volumen del cilindro,
siendo 248809.1019mm cúbicos.

El peso de la muestra dio un valor de
491,5gms

Por lo tanto al dividir el peso sobre el volumen, me da
un valor de 0.00197541 gms / mm3, lo que es igual a 1.975
Kg/cm3

El peso unitario seco, lo podemos hallar de la siguiente
formula:

S = Peso Unitario Húmedo / (1+
Humedad/100)

Siendo:

S = 1.975 / 1+.2563 = 1.572 Kg / cm3

Conclusiones:

Nos pudimos dar cuenta que todos los ensayos se
relacionan, así nos sirvió el porcentaje de
humedad, para poder hallar el peso unitario seco de la muestra,
sin tener que haber secado mas suelo, y hacer un procedimiento mas
largo.

Hay que tener en cuenta al meter al horno un suelo, que
el material que este compuesto, no se disgregue con el calor, no
se queme, o en fin que no pierda peso el material sólido
del que esta compuesto, para que los datos del peso del suelo
seco, sean los verdaderos.

Con el porcentaje de humedad, nos podemos hacer una idea
de que tan absorbente puede ser un suelo, y además de que
tanto espacio vacío tiene.

La gravedad especifica de un material, nos permite decir
que clase de material puede ser, teniendo en cuenta su peso, ya
que es una relación de pesos del material.

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