miércoles, 9 de mayo de 2012

La balanza y el dinamómetro de fabricación casera

LA BALANZA Y EL DINAMÓMETRO
Cómo construir una balanza y un dinamómetro y hacerse rico sabiendo la diferencia entre ambos instrumentos de medida

No es lo mismo masa que peso
Vamos a construir dos instrumentos de medida: una balanza, que nos permite determinar masas y un dinamómetro, que nos sirve para medir pesos.
Es muy importante destacar que masa y peso son dos conceptos físicos claramente distintos, aunque se encuentran estrechamente relacionados. Esto hace que coloquialmente, y de manera cotidiana, empleemos ambos términos de forma incorrecta. Es muy frecuente decir que una persona pesa o que tiene un peso, por ejemplo, de 70 kg, cuando, realmente este dato es su masa; ya que el peso es la fuerza con que la gravedad actúa sobre un objeto y se mide, por tanto, en newtons (N).
Por otra parte, la masa es la cantidad de materia que posee un objeto y no varía de un lugar a otro; mientras que, con respecto al peso, al depender de la gravedad (g), su valor cambia según la posición. No pesa igual un cuerpo en el Ecuador que en los Polos, o en la Luna que en la Tierra, ya que el valor de  la gravedad es distinto aunque su masa sea siempre la misma.
Imaginemos que queremos vender un lingote de oro de un kilogramo. Si utilizamos una báscula para pesarlo, nos daríamos cuenta que su peso sería diferente según el lugar donde pesáramos el lingote de oro. Sería más pesado, por ejemplo, en  Rusia que en Panamá, alrededor de un 0,4 % menos pesado. Esto, se debe a que el peso es igual a la masa (m) por la aceleración de la gravedad (g), es decir, P = m x g, y que esta última (g), depende del lugar donde se encuentre el objeto. Una báscula es un dinamómetro y, por tanto, mide pesos y no masas, aunque sus resultados los indique en kilogramos, y es que, como podemos comprobar con la fórmula física del peso, existe una relación directamente proporcional entre la masa y el peso.
Sin embargo, si pesáramos el lingote de oro con una balanza en Rusia y en Panamá, estaríamos vendiendo la misma cantidad de materia en ambos lugares, es decir, un kilo de oro. Esto es porque el funcionamiento de la balanza se basa en contrarrestar la fuerza con que actúa la gravedad (peso) sobre una masa desconocida, con una fuerza de igual magnitud que pueda medirse con precisión (el peso de un pesa cuya masa es bien conocida). Es decir, la balanza nos permite comparar masas y, por tanto, medirlas.
Ahora, ya sabe cómo hacerse rico si utiliza una báscula no equilibrada para vender o cómo saber que realmente está comprando un kilo de oro si se emplea una balanza, aunque tiene que tener cuidado de que las pesas utilizadas tengan la masa patrón correcta; si no, también le engañarían.

Cómo fabricar una balanza casera

Los materiales que necesitas son: dos palillos grandes de madera, una pajita de plástico, un tetrabrik, plastilina, unas tijeras, dos tapones de rosca iguales, un trocito de cartón, unos clips y un bolígrafo o rotulador.

El procedimiento a seguir en la construcción de nuestra balanza es el siguiente:

  • Cortamos con las tijeras el tetrabrik (cartón de leche o zumo de 1 litro) longitudinalmente, a un poco más de un tercio de su  base.
  • Los laterales menos anchos del tetrabrik que previamente hemos cortado, los recortaremos en forma rectangular, mientras que los lados más anchos los cortaremos en forma triangular (ver fotos 1-4).
  • Para realizar el sistema de balanceo utilizamos uno de los palillos de madera que previamente  hemos introducido en el interior de una pajita. El otro palillo lo cortamos aproximadamente, por la mitad y lo atravesamos perpendicularmente, y justo por su mitad, al palillo plastificado con la pajita.
  • Esta especie de cruceta la incorporaremos a través de dos pequeños orificios que hemos realizado en los laterales anchos del  tetrabrik y para que el rozamiento sea el menor posible colocaremos en dichos orificios unos trocitos pequeños de pajita.
  • En los extremos de los brazos de nuestra balanza pegaremos, con plastilina, los tapones con rosca que serán los platillos de la balanza.
  • Y, para finalizar, podremos poner sobre uno de los trocitos de pajita que facilitan el movimiento de los brazos, un pequeño cartón donde habremos dibujado una línea perpendicular a los brazos. En el mismo lado, y en el extremo final del platillo, pegaremos también de forma perpendicular un pequeño trocito de palillo que colocaremos justo detrás de línea que hemos dibujado en el cartón y que sobresalga del mismo. Esto será el fiel de la balanza, que nos indicará si ésta se encuentra equilibrada.



Cómo funciona nuestra balanza casera
Antes de poner en funcionamiento nuestra balanza, podemos realizar unas pequeñas pesas con plastilina. Para ello necesitamos algunos objetos o pesas que sirvan de patrón, es decir, objetos cuya masa conocemos con precisión. Los clips se utilizan para poder manejar con facilidad nuestras pequeñas pesas.
Para averiguar la masa desconocida de un objeto lo único que tenemos que hacer es situar en uno de los platillos de nuestra balanza el objeto y en el otro contrarrestar su peso con las pesas hasta que, finalmente, se equilibren ambos platillos, es decir, adquieran una posición horizontal.
 
Cómo construir el dinamómetro de Newton 

Los materiales que necesitas son: un palillo grande de madera, una pajita de plástico, una goma elástica o goma de caucho, cinta adhesiva, un rotulador y un recipiente pequeño como, por ejemplo, un vaso de petit suise vacío o  similar.

El procedimiento a seguir en la construcción del dinamómetro es el siguiente:

·         Cortamos un pequeño trocito de pajita de plástico y, por el interior del mismo, introducimos el palillo de madera.
·         Unimos uno de los extremos del palillo de madera al recipiente pequeño, por uno de sus laterales.
·         Colocamos un extremo de la goma elástica sobre el trocito de pajita y lo unimos bien con la cinta adhesiva; el otro extremo de la goma lo fijaremos bien al recipiente pequeño (ver fotos 5-6).


Cómo funciona el dinamómetro de Newton
El funcionamiento del dinamómetro es muy sencillo. Únicamente tenemos que colocar el objeto que queremos pesar sobre el recipiente pequeño. El objeto, debido al peso que posee, tensará más o menos la goma elástica dándonos una medida de su peso.
Previamente a su funcionamiento es conveniente calibrar el dinamómetro. Para ello, colocaremos el dinamómetro vertical y, justo por debajo del trocito de la pajita, haremos una marca con el rotulador en el palillo de madera. Dicha marca indicará el 0. A partir del mismo, y con una regla graduada, iremos haciendo diversas marcas a intervalos de cinco de milímetros hasta completar unos tres centímetros. Es decir, el rango de espacio donde se cumple la Ley de Hooke para una goma elástica convencional.
Cuadro comparativo entre masa y peso

MASA
§ Cantidad de materia que posee un objeto.
§ Propiedad característica de cada objeto.
§ Mide la tendencia que tienen los objetos a conservar su estado de movimiento o de reposo.
§ Se mide con la balanza.
§ Su unidad en el S.I. es el kg.
§ Es una magnitud escalar.
PESO
§ Fuerza con que la Tierra interacciona con los objetos.
§ No es una propiedad característica de los objetos.
§ Depende del lugar en el que está situado el objeto.
§ Se mide con el dinamómetro.
§ Su unidad en el S.I. es el N.
§ Es una magnitud vectorial.

1 comentario:

  1. Muy buena la página, muy interesante el concepto para trabajar con los niños. Y muy buena la idea de comprar oro en Panamá y venderlo en Siberia, pesa mediante, jajaja.

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