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El método científico y las mediciones · Instrumentos de medición

Instrumentos de medición de longitud, masa y volumen

En la feria de Azuero, Ana Lucía compra un queso y quiere saber cuánto pesa. Después, en el laboratorio del colegio, su profesor le pide medir el grosor de un alambre. ¿Usará el mismo instrumento para las dos cosas? ¿Y por qué una pipeta y una probeta, que miden volumen, no sirven para lo mismo? Al final de la página responderás estas preguntas.

Magnitud, unidad e instrumento

Medir es comparar una propiedad de un objeto con un patrón. Esa propiedad es la magnitud (longitud, masa, volumen…), el patrón es la unidad y el aparato que usamos es el instrumento. Para elegir bien, siempre hay que preguntarse tres cosas: ¿qué magnitud mido?, ¿en qué unidad la expreso?, ¿qué tan precisa debe ser la medida?

Magnitud Unidad del SI Unidades de uso común Instrumentos
Longitud metro (m) cm, mm, km; pie, pulgada, milla cinta métrica, regla graduada, micrómetro, odómetro
Masa kilogramo (kg) g, mg; libra balanza, báscula
Volumen metro cúbico (m³) L, mL; galón probeta, pipeta, bureta, matraz aforado
Tres magnitudes (longitud, masa y volumen) con su unidad y los instrumentos que las miden Longitud Masa Volumen unidad: m unidad: kg unidad: m³ (o L) cinta, regla, micrómetro, odómetro balanza, báscula probeta, pipeta, bureta, matraz
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Relaciona cada instrumento con la magnitud que mide y con una unidad del Sistema Internacional o de uso común en el laboratorio: balanza, probeta y micrómetro. Escribe…

Relaciona cada instrumento con la magnitud que mide y con una unidad del Sistema Internacional o de uso común en el laboratorio: balanza, probeta y micrómetro. Escribe una línea por instrumento, con el formato «instrumento: magnitud, unidad».

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Instrumentos de longitud

La longitud se mide según el tamaño de lo que se quiere medir y la precisión que se necesita.

  • Cinta métrica: cinta flexible graduada en cm y mm (o en pulgadas). Sirve para objetos medianos o grandes: una mesa, una pared, el perímetro de un tronco. Precisión de ±1 mm.

  • Regla graduada: pieza rígida de 15 a 30 cm con divisiones de 1 mm. Para dibujos, cuadernos y piezas pequeñas.

  • Micrómetro (tornillo micrométrico): mide piezas muy pequeñas, como el grosor de un alambre o el diámetro de una esfera. Aprecia hasta $0.01\ \text{mm}$. Se gira el tornillo hasta tocar la pieza con suave presión.

  • Odómetro: mide la distancia recorrida. El del carro marca los kilómetros (o millas) del viaje; también existe la rueda de medir distancias en terreno.

Escala de una regla en milímetros comparada con una lectura de micrómetro de centésimas de milímetro 0 1 2 3 Regla: divisiones de 1 mm Micrómetro: 6.12 mm divisiones de 0.01 mm (dos cifras decimales) Más divisiones por milímetro = más precisión
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En el laboratorio del colegio, Yariela necesita medir el largo de la mesa de trabajo, que es de más o menos dos metros. Indica qué instrumento de la lista usaría: cinta…

En el laboratorio del colegio, Yariela necesita medir el largo de la mesa de trabajo, que es de más o menos dos metros. Indica qué instrumento de la lista usaría: cinta métrica, micrómetro o probeta. Explica brevemente por qué y escribe la unidad en que expresaría el resultado.

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Abdiel mide el diámetro de una esfera pequeña con una regla graduada en milímetros y obtiene $6\ \text{mm}$. Melissa lo mide con un micrómetro y obtiene…

Abdiel mide el diámetro de una esfera pequeña con una regla graduada en milímetros y obtiene $6\ \text{mm}$. Melissa lo mide con un micrómetro y obtiene $6.12\ \text{mm}$. Compara ambas mediciones: indica cuál es más precisa y por qué, calcula la diferencia entre las dos lecturas y analiza en qué tipo de trabajo (por ejemplo, calcular el volumen de la esfera con $V=\frac{4}{3}\pi r^3$) esa diferencia puede afectar de forma importante el resultado.

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Instrumentos de masa

La masa es la cantidad de materia de un cuerpo. Se mide con:

  • Balanza: de laboratorio, mide masas pequeñas con gran precisión. Una balanza analítica llega a $0.0001\ \text{g}$; una granataria o electrónica común, a $0.01\ \text{g}$.

  • Báscula: para masas grandes con menor precisión: el peso de una persona, un saco de arroz, el pescado en el mercado. Se expresa en kg o en libras.

Buenas prácticas con la balanza:

  1. Verifica que marque $0.0\ \text{g}$ con el platillo vacío.

  2. Nunca coloques la sustancia directamente sobre el platillo: usa un vidrio de reloj, un vaso o un papel. Así proteges el platillo de la corrosión y evitas contaminar la muestra.

  3. Haz la tara (pon el recipiente y reinicia a cero) o resta la masa del recipiente.

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Una balanza de laboratorio indica $0.0\ \text{g}$ con el platillo vacío. Anabel coloca un vidrio de reloj y la lectura es $18.42\ \text{g}$. Luego agrega una muestra…

Una balanza de laboratorio indica $0.0\ \text{g}$ con el platillo vacío. Anabel coloca un vidrio de reloj y la lectura es $18.42\ \text{g}$. Luego agrega una muestra sólida sobre el vidrio y la lectura pasa a $23.67\ \text{g}$. Calcula la masa de la muestra, expresa el resultado en gramos y en kilogramos, y explica por qué conviene pesar siempre con un recipiente y no directamente sobre el platillo.

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Instrumentos de volumen

El volumen de un líquido se mide con material de vidrio graduado. Cada pieza se usa para una necesidad distinta.

Instrumento Para qué sirve Precisión
Vaso de precipitados Contener, mezclar, calentar. Sus marcas son aproximadas Baja
Probeta Medir volúmenes variables de forma rápida Media (±1 mL en una de 100 mL)
Matraz aforado Preparar un volumen exacto fijo (100, 250, 500 mL) con una sola marca (el aforo) Alta
Pipeta aforada Transferir un volumen exacto fijo (10.00 mL) Alta
Bureta Dejar caer volúmenes variables gota a gota; se usa en la titulación Alta ($0.05\ \text{mL}$)
Cuatro recipientes de volumen: probeta, matraz aforado, pipeta y bureta Probeta Matraz Pipeta Bureta aforo Bureta: llave para dejar caer gotas Lectura: base del menisco a la altura de los ojos

Al leer, el líquido forma una curva llamada menisco. Se lee la parte baja de la curva con los ojos a la altura de la marca (si miras desde arriba o desde abajo, la lectura sale corrida: error de paralaje).

¿Por qué una probeta no es tan precisa como una pipeta aforada? Una probeta tiene muchas divisiones en un cilindro ancho: un pequeño error de lectura equivale a un volumen grande. La pipeta aforada es angosta y tiene una sola marca fabricada para un volumen determinado, así que su error es mucho menor.

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Luis Carlos debe preparar en el laboratorio exactamente $250\ \text{mL}$ de una disolución con una concentración conocida. Entre la probeta, el matraz aforado y un vaso…

Luis Carlos debe preparar en el laboratorio exactamente $250\ \text{mL}$ de una disolución con una concentración conocida. Entre la probeta, el matraz aforado y un vaso de precipitados, indica cuál es el recipiente más adecuado para ese fin y explica en una o dos frases qué lo distingue de los otros.

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Ricardo necesita transferir exactamente $10.00\ \text{mL}$ de una disolución a un matraz. Dispone de una pipeta aforada, una probeta de $100\ \text{mL}$ y un vaso de…

Ricardo necesita transferir exactamente $10.00\ \text{mL}$ de una disolución a un matraz. Dispone de una pipeta aforada, una probeta de $100\ \text{mL}$ y un vaso de precipitados. Ordena los tres recipientes de mayor a menor precisión para esta tarea y explica por qué la probeta no es la mejor opción aunque tenga escala graduada.

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Elegir el instrumento y trabajar con seguridad

Para elegir, compara el tamaño de lo que mides con la precisión que necesitas.

Volumen de un sólido irregular. Una pieza metálica no tiene forma regular, así que no sirve la cinta métrica (da longitudes, no volumen, y no hay fórmula para esa forma). Se usa el desplazamiento de agua:

  1. Mide la masa $m$ con la balanza.

  2. Pon agua en la probeta y anota el volumen inicial $V_i$.

  3. Sumerge la pieza sin que salpique y anota el volumen final $V_f$.

  4. El volumen de la pieza es $V = V_f - V_i$.

  5. La densidad es

$$\rho = \frac{m}{V} \quad \text{en } \text{g/cm}^3 \ (1\ \text{mL} = 1\ \text{cm}^3)$$

Precisión y error. Una regla en milímetros da $6\ \text{mm}$; un micrómetro da $6.12\ \text{mm}$. La diferencia es $0.12\ \text{mm}$. Parece poca, pero si calculas el volumen de una esfera con $V=\frac{4}{3}\pi r^3$, el radio se eleva al cubo y el error se multiplica: con $r = 3\ \text{mm}$, $V \approx 113\ \text{mm}^3$; con $r = 3.06\ \text{mm}$, $V \approx 120\ \text{mm}^3$, una diferencia de más del 6 %.

Normas de seguridad en el laboratorio:

  • Usa bata, lentes de protección y, si hace falta, guantes.

  • No pipetees con la boca: usa la propipeta.

  • No pruebes ni huelas directamente las sustancias.

  • Maneja el vidrio con cuidado; si se rompe, avisa al docente y no lo recojas con las manos.

  • Deja las piezas limpias y ordenadas al terminar.

Practica★★☆Sin empezar
Itzel debe medir tres cosas en una práctica: el grosor de un alambre de cobre (aprox. $0.8\ \text{mm}$), la masa de una muestra de sal (aprox. $12.35\ \text{g}$) y el…

Itzel debe medir tres cosas en una práctica: el grosor de un alambre de cobre (aprox. $0.8\ \text{mm}$), la masa de una muestra de sal (aprox. $12.35\ \text{g}$) y el volumen de agua que se gasta al titular una disolución (aprox. $18.4\ \text{mL}$). Para cada caso, elige el instrumento más adecuado entre micrómetro, balanza, bureta y cinta métrica, y justifica tu elección en una frase.

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Practica★★★Sin empezar
En una práctica, Kevin y Yaritza deben determinar el volumen de una pequeña pieza metálica irregular y su densidad. Disponen de una balanza, una probeta de…

En una práctica, Kevin y Yaritza deben determinar el volumen de una pequeña pieza metálica irregular y su densidad. Disponen de una balanza, una probeta de $50\ \text{mL}$ con divisiones de $1\ \text{mL}$, una bureta y una cinta métrica. Propón un procedimiento breve que indique qué instrumento usarían para la masa y cuál para el volumen (por desplazamiento de agua), y argumenta por qué la cinta métrica no sirve para el volumen de esta pieza. Indica además la expresión con la que calcularían la densidad y su unidad.

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Resumen

Vuelve al principio: el queso de Ana Lucía se mide con una báscula (masa, en kg o libras) y el alambre con un micrómetro (longitud, en mm); la pipeta transfiere un volumen exacto fijo y la probeta mide volúmenes variables con menos precisión.

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