Simulación de una experiencia de laboratorio
Actividades
Se introduce
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El tipo de gas que llena el recipiente, eligiéndolo en el control de selección titulado Gases.
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El radio de la bola está fijado en el programa interactivo en r=8 mm=0.008 m
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La bola es de acero (densidad 7700 kg/m3) y su masa es de m=0.0165 kg
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La presión atmosférica p0=101300 Pa
Primera experiencia
Se activa el botón de radio titulado Altura.
Se pulsa el botón titulado Inicio
Con el puntero del ratón, se arrastra la flecha de color azul, para rellenar el recipiente con un volumen de agua Va.
Se pulsa el botón titulado Empieza
La bola describe un movimiento armónico simple. El volumen Va (en litros) de agua y la altura de caída h (en cm) se guardan en el control área de texto situado a la izquierda del applet
Se pulsa el botón titulado Inicio
Con el puntero del ratón, se arrastra la flecha de color azul, para rellenar el recipiente con otro volumen de agua Va distinto
Se pulsa el botón titulado Empieza
La bola describe un movimiento armónico simple. El volumen Va (en litros) de agua y la altura de caída h (en cm) se guardan en el control área de texto situado a la izquierda del applet. Cuando tengamos suficientes datos, se pulsa el botón titulado Gráfica, para representar los resultados “experimentales” (puntos de color rojo) y la recta de "ajuste".
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En el eje horizontal se representa el volumen Va de agua en litros
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En el eje vertical la altura de caída h en cm
La pendiente de la recta y la ordenada en el origen determinan
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el índice adiabático γ del gas seleccionado
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el volumen V0 del recipiente.
Ejemplo
Seleccionamos el gas Argón, y activamos el botón de radio titulado Altura.
Medimos la altura h de caída de la bola para varios valores del volumen Va de agua. Pulsamos el botón titulado Gráfica. A partir de la pendiente de la recta, determinamos el índice adiabático del gas considerado. La pendiente de la recta de la figura en unidades m-2 es
-0.49/0.01=-49 m-2.
El programa nos proporciona una pendiente de -48.75 m-2
Medimos la ordenada en el origen 49 cm=0.49 m, o bien, conocida la tangente del ángulo θ y el cateto contiguo (10 litros=0.01 m3) calculamos el cateto opuesto (la ordenada en el origen)
48.75 ·0.01=0.4875 m
En la parte derecha del applet, disponemos de un manómetro, y vamos a ver que información nos puede suministrar
Medimos la presión cuando la bola se encuentra en la posición de máximo desplazamiento.
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Como ya se ha explicado, se produce una transformación adiabática entre el estado inicial (p0, V), y el estado final (p, V-πr2x). Si consideramos que la disminución del volumen πr2x cuando la bola se desplaza x, es muy pequeño en comparación con V=V0-Va. |
La diferencia de presión p-p0 entre le gas contenido en el recipiente y la presión atmosférica es
Cuando la bola se ha desplazado x=h, la diferencia de presión es
es constante e independiente del tipo de gas y del volumen V0-Va del recipiente que lo contiene. La diferencia de presión corresponde a 1608=1000·9.8·(2x) a un desnivel 2·8.2 cm entre las dos ramas del manómetro de agua.
Cuando la bola pasa por la posición de equilibrio h/2=0.17 cm, la diferencia de presión es la mitad del valor anterior.
Se pulsa el botón titulado Pausa y luego, varias veces el botón titulado Paso, para acercarnos a la posición de de máximo desplazamiento.
Como vemos el manómetro no nos suministra información acerca del tipo de gas que experimenta la transformación adiabática, solamente nos da información acerca de la masa y radio de la bola que dejamos caer en un tubo de igual radio.
Segunda experiencia
Se activa el botón de radio titulado Periodo.
Se pulsa el botón titulado Inicio
Con el puntero del ratón, se arrastra la flecha de color azul, para rellenar el recipiente con un volumen de agua Va.
Se pulsa el botón titulado Empieza
La bola describe un movimiento armónico simple. Para medir el periodo, disponemos de un cronómetro. Se pulsa el botón titulado En marcha. Cuando se hayan completado cinco oscilaciones, se vuelve a pulsar el mismo botón titulado ahora Para.
El tiempo se muestra en la parte superior del applet.
El volumen Va (en litros) de agua y el periodo de cinco oscilaciones se guardan en el control área de texto situado a la izquierda del applet
Se pulsa el botón titulado Inicio
Con el puntero del ratón se arrastra la flecha de color azul, para rellenar el recipiente con otro volumen de agua Va distinto
Se pulsa el botón titulado Empieza
La bola describe un movimiento armónico simple. Con el cronómetro se mide el tiempo que tarda la bola en completar cinco oscilaciones. El volumen Va (en litros) de agua y y el periodo de cinco oscilaciones se guardan en el control área de texto situado a la izquierda del applet
Cuando tengamos suficientes datos, se pulsa el botón titulado Gráfica, para representar los resultados “experimentales” (puntos de color rojo) y la recta de "ajuste".
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En el eje horizontal se representa el volumen Va de agua en litros
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En el eje vertical el cuadrado P2 del periodo de una oscilación
La pendiente de la recta y la ordenada en el origen determinan
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el índice adiabático γ del gas seleccionado
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el volumen V0 del recipiente.
Ejemplo
Seleccionamos Argón, y activamos el botón de radio titulado Periodo
Medimos el periodo de cinco oscilaciones con el cronómetro para varios valores del volumen Va de agua. Pulsamos el botón titulado Gráfica. A partir de la pendiente de la recta determinamos el índice adiabático del gas considerado.
La pendiente de la recta de la figura es
-1.0/0.01=-100 s2/m3
El programa nos proporciona una pendiente de -98.19 s2/m3
Medimos la ordenada en el origen 1.0 s2, o bien, conocida la tangente del ángulo y el cateto contiguo (10 litros=0.01 m3) calculamos el cateto opuesto (la ordenada en el origen)
98.19·0.01=0.9819 m
