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Guía de Laboratorio Propiedades Materia 1.

Propiedades de la Materia 1: Masa, Peso, Volumen, Temperatura y Densidad del agua.

Introducción

En esta guía exploraremos algunas de las propiedades físicas más importantes de los cuerpos y sustancias: masa, peso, volumen, temperatura y densidad. A través de un conjunto de procedimientos sencillos, podrás observar cómo se relacionan estas magnitudes y cómo varían en función del tipo de sustancia y de las condiciones ambientales.

El propósito de esta actividad es que comprendas la diferencia entre masa y peso, aprendas a medir el volumen de líquidos y sólidos, y determines la densidad del agua a distintas temperaturas. Esta experiencia te permitirá aplicar conocimientos fundamentales de física y química, al mismo tiempo que desarrollarás habilidades experimentales clave. Comencemos!


CONTEXTO HISTÓRICO


En esta sección te presentamos algunos datos históricos de la evolución de los conceptos que estudiaremos. Considéralos al momento de registrar tus observaciones, en las mediciones, en la discusión y en las conclusiones de éste y los siguientes estudios relacionados.


Volumen

  • Antigüedad y prácticas empíricas: Las primeras civilizaciones, como los egipcios y mesopotámicos, ya utilizaban recipientes estandarizados para medir el espacio que ocupaban líquidos y granos, lo que fue fundamental para el comercio y la construcción .


  • Arquímedes y el principio de desplazamiento (Siglo III a.C.): El matemático griego Arquímedes descubrió que el volumen de un objeto irregular podía calcularse mediante el desplazamiento de un fluido, lo que sentó las bases de la hidrostática moderna .


  • Geometría euclidiana: La obra de Euclides en la geometría, especialmente "Los Elementos", ayudó a formalizar las matemáticas detrás de la medición del volumen de figuras geométricas simples, como cubos y esferas .


  • Cálculo y métodos analíticos (Siglo XVII): El desarrollo del cálculo por Isaac Newton y Gottfried Leibniz permitió calcular volúmenes de formas complejas, como cuerpos de revolución, marcando un avance significativo en las matemáticas y la física .


Masa

  • Confusión con el peso en la antigüedad: Hasta bien entrada la Edad Media, no se distinguía claramente entre masa y peso. Ambos conceptos se consideraban equivalentes hasta que Galileo introdujo la noción de inercia .


  • Galileo Galilei y la inercia (Siglo XVI-XVII): Galileo introdujo la idea de que los cuerpos tenían una resistencia al cambio de movimiento, lo que más tarde Newton definió como masa .


  • Leyes del movimiento de Newton (Siglo XVII): Isaac Newton definió la masa en términos de la segunda ley del movimiento, estableciendo que la fuerza es proporcional a la masa y la aceleración (F = m·a) .


  • Desarrollo de la teoría atómica y estandarización (Siglos XVIII-XX): Con el avance de la teoría atómica de Dalton y la química moderna, la masa se empezó a considerar como una medida de la cantidad de materia, y se estandarizó su medición utilizando el kilogramo .


Peso

  • Comprensión antigua como fuerza gravitatoria: En la antigüedad, el peso se consideraba simplemente como una medida de cuán "pesado" era un objeto, sin distinción clara con la masa .


  • Ley de la gravitación universal de Newton (Siglo XVII): Isaac Newton formalizó el concepto de peso como la fuerza ejercida por la gravedad sobre una masa, siguiendo su ley de la gravitación universal .


  • Distinción clara entre masa y peso (Siglos XVIII-XX): A medida que la ciencia avanzaba, los científicos distinguieron entre masa (una propiedad intrínseca) y peso (una fuerza que depende del campo gravitatorio) .


Densidad

  • Conceptos combinados en la antigüedad: Aunque los antiguos egipcios y griegos ya tenían una idea empírica de la densidad a través de la flotabilidad de objetos, el concepto formal no se desarrolló hasta siglos después .


  • Principio de Arquímedes y estudios sobre flotabilidad: Arquímedes fue pionero al relacionar el peso de un objeto sumergido con el volumen de agua desplazado, lo que más tarde se formalizó como densidad .


  • Formalización del concepto (Siglo XVIII): En el siglo XVIII, se formalizó la densidad como la relación entre la masa y el volumen de una sustancia (ρ = m/V), lo que permitió su uso sistemático en ciencia y tecnología .


  • Aplicaciones modernas: Hoy en día, la densidad es fundamental en múltiples áreas, como la ingeniería, la química y la geología, ayudando a determinar propiedades materiales y realizar cálculos precisos .


  • La densidad informada para el agua pura, a 1 atm de presión, puede verse en la siguiente tabla:


PRÁCTICA DE LABORATORIO "Propiedades de la Materia 1: Masa, Peso, Volumen, Temperatura y Densidad del agua."



MARCO TEÓRICO

En esta sección, utilizamos toda la información relevante que encontramos en la literatura, de acuerdo con los principios epistemológicos que hemos adoptado o aceptado como válidos, para establecer relaciones de sentido lógicas, entre las variables experimentales seleccionadas.

Estas relaciones de sentido nos permiten hacer predicciones acerca del comportamiento de una variable con respecto a la otra.

En este caso, de acuerdo con la literatura, podemos establecer ciertos principios:


  1. la masa es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo. La mejor forma de cuantificarla sería contar uno a uno los átomos de cada elemento que componen la muestra.

  2. una muestra de agua de 100 mL no debería mostrar cambios de masa como consecuencia de cambios de temperatura, dado que en un sistema cerrado no habría ni ganancia ni pérdida de átomos.

  3. el peso es una medida indirecta de masa; dado que el peso es una medida de la fuerza con que la masa de un cuerpo es atraída por la gravedad, es posible cuantizar la cantidad de materia midiendo el peso.

  4. dado que el peso es una medida de la fuerza de atracción entre dos cuerpos, esta medida puede ser afectada directamente por variables como la presión atmosférica, altitud, latitud, densidad del medio circundante y cambios de gravedad.

  5. dado que la densidad es una medida de la relación entre la masa, o el peso de una muestra y el volumen que ocupa, su valor puede ser afectado indirectamente por cambios de temperatura. Un cambio de temperatura puede afectar la distancia entre las partículas de la muestra, por lo que una muestra "dilatada" por el calor podría contener menos materia que una muestra "contraída" por el frío.


HIPÓTESIS

En esta sección, establecemos una predicción acerca de la relación de las dos variables escogidas, de acuerdo con todos los elementos de juicio incluidos en el marco teórico.

En este caso, podemos establecer dos hipótesis:


Hipótesis nula (Ho):

"La temperatura no afecta a la densidad del agua"

Hipótesis alternativa (H1):

"La temperatura sí afecta a la densidad del agua. De acuerdo con el marco teórico, una muestra de agua fría presentará una densidad mayor que una muestra similar de agua caliente"

En la conclusión, estas hipótesis contradictorias y mutuamente excluyentes se aprobarán o rechazarán de acuerdo a las evidencias experimentales.


MATERIALES

En esta sección escribimos una lista de materiales, reactivos y equipos que utilizamos en este práctico.

En este caso, nuestra lista de materiales es:


  • Probeta 100 mL

  • Vaso de precipitados 250 mL

  • Balanza ( debes registrar la Marca, modelo y especificaciones de la balanza que uses en la práctica)

  • Calentador, Hervidor eléctrico, de cocina.

  • Agua potable de la llave


PROCEDIMIENTO

En esta sección escribimos una lista de pasos, a seguir durante la experiencia.

En este caso, una lista simplificada sería :


  1. ACT 1: Formar grupo, nominar representante, inscribir grupo, reconocer mesón y materiales.


  2. ACT 2: Dibuje, nombre y describa los materiales de trabajo.


  3. ACT 3: Determine el peso de 100 mL de agua de la llave (fría). Registre la temperatura junto con el peso. Repita hasta obtener al menos 3 mediciones independientes.


  4. ACT 4: Determine el peso de 100 mL de agua de la llave (caliente). Registre la temperatura junto con el peso. Repita hasta obtener al menos 3 mediciones independientes.


  5. ACT 5: Determine la DENSIDAD (D) del agua fría y caliente, utilizando la fórmula


  6. ACT 6: Registre sus resultados en la PLANILLA COMÚN (se enviará vía correo del laboratorio y grupo whatsapp de la asignatura)


RESULTADOS

En esta sección registramos los datos obtenidos. Es importante que registres tus datos utilizando el nombre de la variable y la unidad de medida entre paréntesis:


Volumen (mL)

Masa (g)

Temperatura (°C)


de esta manera, sólo debes escribir las cifras sin unidades en cada medición realizada, lo que no sólo te ahorra tiempo y espacio, sino que también te permite calcular automáticamente estadísticos como el PROMEDIO y la VARIANZA, por ejemplo.


Las tablas de resultados deberían verse mas o menos de la siguiente manera:


DISCUSIÓN

En esta sección anotamos todas las observaciones importantes de tener en cuenta al momento de considerar los resultados; todos los factores que pudieron alterar los resultados de alguna manera. Los nombramos y explicamos cómo pudieron afectar los registros.


CONCLUSIÓN

En esta sección respondemos al objetivo, según los resultados obtenidos y la discusión realizada. Además, revisamos posibles estudios posteriores, necesarios para continuar comprendiendo el fenómeno estudiado.


REFERENCIAS

En esta sección nombramos, en formato APA, los libros, artículos, sitios web, videos, programas online y otras fuentes bibliográficas utilizadas en el estudio. Dado que esta es una determinación experimental de la relación entre variables físicas, y no realizamos una investigación bibliográfica previa, esta sección quedará vacía en este práctico.

Para facilitar la redacción de las referencias, pueden usar la siguiente página web.






REFERENCIAS DE ESTA GUÍA


  • Volumen antiguo: Lloyd, G. E. R. (2009). Early Greek Science: Thales to Aristotle. Cambridge University Press.

  • Arquímedes: Cuomo, S. (2011). Ancient Mathematics. Routledge.

  • Euclides y volumen: Euclid. (1956). The Thirteen Books of Euclid's Elements. Dover Publications.

  • Newton y cálculo: Whiteside, D. T. (1974). The Mathematical Papers of Isaac Newton. Cambridge University Press.

  • Masa y peso antiguo: Clagett, M. (1995). The Science of Mechanics in the Middle Ages. University of Wisconsin Press.

  • Galileo e inercia: Drake, S. (1999). Galileo at Work: His Scientific Biography. Dover Publications.

  • Newton y masa: Cohen, I. B. (1999). The Birth of a New Physics. W. W. Norton & Company.

  • Teoría atómica: Levere, T. H. (2001). Transforming Matter: A History of Chemistry from Alchemy to the Buckyball. Johns Hopkins University Press.

  • Peso antiguo: Simonyi, K. (2012). A Cultural History of Physics. CRC Press.

  • Newton y la gravitación universal: Westfall, R. S. (1983). The Life of Isaac Newton. Cambridge University Press.

  • Masa y peso moderno: Jammer, M. (1961). Concepts of Mass in Classical and Modern Physics. Dover Publications.

  • Densidad en la antigüedad: Heath, T. L. (1897). Works of Archimedes. Cambridge University Press.

  • Arquímedes y densidad: Netz, R., & Noel, W. (2007). The Archimedes Codex. Da Capo Press.

  • Formalización de la densidad: Cardwell, D. S. L. (1971). From Watt to Clausius: The Rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age. Cornell University Press.

  • Aplicaciones modernas de la densidad: Giancoli, D. C. (2008). Physics for Scientists and Engineers. Pearson.









Pwopriyete Matyè 1: Mas, Pwa, Volim, Tanperati ak Dansite Dlo


Entwodiksyon

Nan gid sa a, n ap eksplore kèk nan pi enpòtan pwopriyete fizik kò ak sibstans yo genyen: mas, pwa, volim, tanperati ak dansite. Avèk yon seri pwosedi ki senp, w ap ka obsève kijan tout mezi sa yo gen rapò youn ak lòt epi kijan yo varye selon kalite sibstans lan ak kondisyon anviwònman an.

Objektif aktivite sa a se pou w konprann diferans ki genyen ant mas ak pwa, aprann kijan pou mezire volim likid ak solid, epi detèmine dansite dlo a nan diferan tanperati. Eksperyans sa a ap pèmèt ou aplike konesans debaz nan fizik ak chimi, pandan w ap devlope konpetans eksperimantal ki esansyèl. Ann kòmanse!


KONTÈKS ISTORIK

Nan seksyon sa a, n ap prezante kèk done istorik sou evolisyon konsèp n ap etidye yo. Sonje konsidere enfòmasyon sa yo lè w ap fè obsèvasyon, mezire done yo, diskite ak ekri konklizyon ou nan aktivite sa a ak lòt etid ki gen rapò.


Volim

  • Sivilizasyon ansyen ak pratik empirik: Ejipsyen ak Mesopotamyen Yo te deja itilize resipyan estandadize pou mezire espas likid ak grenn te okipe, sa te enpòtan pou komès ak konstriksyon.

  • Arkimed ak prensip deplasman (syèk III anvan Jezikri): Li te dekouvri nou ka kalkile volim objè iregilye atravè deplasman likid.

  • Jeyometri Euclide: Travay li te ede mete baz matematik pou mezire volim fòm senp.

  • Kalkil ak metòd analiz (syèk XVII): Newton ak Leibniz devlope kalkil pou volim fòm konplèks.


Mas

  • Konfizyon ak pwa nan Mwayennaj: Moun pa t fè distenksyon ant mas ak pwa jiskaske Galileo entwodui konsèp inèsi.

  • Galileo Galilei ak inèsi (syèk XVI-XVII): Li di tout kò gen rezistans kont chanjman mouvman.

  • Lwa Newton (syèk XVII): Mas defini kòm kantite matyè ak fòs ki reponn a akselerasyon.

  • Teori atomik ak estanda (syèk XVIII-XX): Mas vin estanda kòm kantite matyè, ak kilogram kòm inite.


Pwa

  • Konpreyansyon ansyen: Pwa te jis yon mezi “lou” san diferans ak mas.

  • Lwa gravitasyon Newton (syèk XVII): Pwa se fòs gravite sou yon mas.

  • Distenksyon mas ak pwa (syèk XVIII–XX): Mas se pwopriyete entènik; pwa depann de gravite.

Egzanp: yon moun gen menm mas sou Latè ak sou Lalin, men li ap peze mwens sou Lalin lan poutèt gravite Lalin lan ki pi fèb.

Dansite

  • Ide empirik: Ansèyman te konprann dansite atravè flòtabilite.

  • Prensip Arkimed: Relasyon ant pwa objè ak dlo li deplase.

  • Fòmèlizasyon (syèk XVIII): Dansite = mas / volim (ρ = m/V).

  • Aplikasyon modèn: Jodi a, dansite sèvi nan jeni, chimi, jeyoloji, elatriye.

  • Dansite dlo pi, a 1 atm, prezante nan tablo ki vin apre eksperyans lan.


PRATIK LABORATWA

"Pwopriyete Matyè 1: Mas, Pwa, Volim, Tanperati ak Dansite dlo a."


KAD TEORIK


Nan seksyon sa a, nou itilize enfòmasyon ki soti nan literati syantifik pou etabli relasyon lojik ant varyab eksperimantal yo.

Relasyon sans sa yo pèmèt nou fè prediksyon sou konpòtman yon varyab an rapò ak lòt la.

Nan ka sa a, selon literati a, nou ka etabli kèk prensip:


  1. Mas se kantite matyè yon kò genyen. Pi bon fason mezire li se konte atòm yo.


  2. Dlo 100 mL pa ta dwe chanje mas si tanperati chanje nan yon sistèm fèmen.


  3. Pwa se yon mezi endirèk mas, paske li se fòs gravite sou yon kò.


  4. Pwa ka afekte pa presyon atmosferik, altitid, latitid, dansite lè a ak chanjman gravite.


  5. Dansite se rapò mas (oswa pwa) ak volim; li ka chanje si tanperati chanje, paske chofaj dilate sibstans la epi refwadisman fè li kontra.


IPOTÈZ


Nan seksyon sa a, nou etabli yon prediksyon sou relasyon ki genyen ant de varyab nou chwazi yo, selon tout eleman analiz ki enkli nan kad teyori a.

Nan ka sa a, nou ka etabli de ipotèz:


Ipotèz nil (H₀):

“Tanperati pa afekte dansite dlo.”

Ipotèz altènatif (H₁):

“Tanperati afekte dansite dlo. Dlo frèt gen dansite pi wo pase dlo cho.”

Nan konklizyon, n ap deside si n ap aksepte oubyen rejte youn nan ipotèz sa yo selon rezilta eksperyans lan.


MATERYÈL

  • Probeta 100 mL

  • Vè Presepitasyon 250 mL

  • Balans (ekri mak, modèl ak espesifikasyon)

  • Boukliye elektrik oswa ti chodyè

  • Dlo potab


PWOSÈDI

Nan seksyon sa a nou ekri yon lis etap pou swiv pandan eksperyans lan.

Nan ka sa a, yon lis senplifye ta ka:


  1. ACT 1: Fòme gwoup, chwazi reprezantan, enskri gwoup la, rekonèt tab ak materyèl yo.


  2. ACT 2: Fè desen, nonmen epi dekri materyèl yo.


  3. ACT 3: Mezire pwa 100 mL dlo frèt. Anrejistre tanperati ak pwa. Fè li 3 fwa.


  4. ACT 4: Mezire pwa 100 mL dlo cho. Anrejistre tanperati ak pwa. Fè li 3 fwa.


  5. ACT 5: Kalkile dansite dlo frèt ak cho ak fòmil:


  6. ACT 6: Mete rezilta yo nan FÒM KOMIN (ap voye pa imel ak WhatsApp gwoup la).


REZILTA

Nan seksyon sa a nou anrejistre done nou jwenn yo. Li enpòtan pou ou anrejistre done yo lè w itilize non varyab la ak inite mezi a nan parantèz:


  • Volim (mL)

  • Mas (g)

  • Tanperati (°C)


Ekri jis chif la san inite nan chak ka. Sa pèmèt ou kalkile mwayèn ak varyans fasilman.


Tablas de résultats yo ta dwe sanble plis oswa mwens konsa:


DISKISYON

Nan seksyon sa a, w ap mete tout obsèvasyon ki gen enpòtans: sa ki ta ka afekte done yo, posib erè, varyab kontwole oswa inatandi, ak nenpòt lòt eleman ki enpòtan pou konprann sa k te pase.


KONKLIZYON

Reponn objektif eksperyans lan selon rezilta ou ak sa ou diskite. Si sa nesesè, mete sijesyon pou lòt etid ou ta ka fè sou sijè a.


REFERANS

Nou pa t fè rechèch bibliyografik dirèk pou eksperyans sa a. Men, ou ka itilize sit sa a pou mete referans ou yo an APA:




REFERANS GID SA A


  • Lloyd, G. E. R. (2009). Early Greek Science: Thales to Aristotle. Cambridge University Press.

  • Cuomo, S. (2011). Ancient Mathematics. Routledge.

  • Euclid. (1956). The Thirteen Books of Euclid's Elements. Dover Publications.

  • Whiteside, D. T. (1974). The Mathematical Papers of Isaac Newton. Cambridge University Press.

  • Clagett, M. (1995). The Science of Mechanics in the Middle Ages. University of Wisconsin Press.

  • Drake, S. (1999). Galileo at Work: His Scientific Biography. Dover Publications.

  • Cohen, I. B. (1999). The Birth of a New Physics. W. W. Norton & Company.

  • Levere, T. H. (2001). Transforming Matter. Johns Hopkins University Press.

  • Simonyi, K. (2012). A Cultural History of Physics. CRC Press.

  • Westfall, R. S. (1983). The Life of Isaac Newton. Cambridge University Press.

  • Jammer, M. (1961). Concepts of Mass in Classical and Modern Physics. Dover Publications.

  • Heath, T. L. (1897). Works of Archimedes. Cambridge University Press.

  • Netz, R., & Noel, W. (2007). The Archimedes Codex. Da Capo Press.

  • Cardwell, D. S. L. (1971). From Watt to Clausius. Cornell University Press.

  • Giancoli, D. C. (2008). Physics for Scientists and Engineers. Pearson.


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