Laboratorio Virtual: Balanza de Triple Brazo

Lectura de los jinetes

0.0 g

sup 0 + med 0 + inf 0.0

= 0.0000 kg

Bandeja vacía — puntero en cero

Tornillo de ajuste del cero

Con la bandeja vacía y los jinetes en 0, el puntero debe quedar centrado. Si no, gira el tornillo con los botones o arrástralo en el simulador.

—

Arrastra un objeto del panel de objetos a la bandeja para comenzar.

Ciclo de medición:
1. Verifica el cero sin carga (jinetes en 0); si el puntero no está centrado, corrige con el tornillo de ajuste.
2. Coloca un objeto en la bandeja.
3. Equilibra: brazo medio (100 g) → superior (10 g) → inferior (0.1 g).
4. Usa el zoom X 20 para el ajuste fino.
5. Registra tu lectura en la pestaña Registro.

Progreso: 0 / 7 actividades

🔍 Actividad 1: Calibra el instrumento

La balanza llegó con un error de cero. Ajústala con el tornillo (bandeja vacía, jinetes en 0) y determina el mayor valor de masa que puede medirse.

🎯 Actividad 2: Comportamiento del puntero

Con la bandeja vacía, predice qué hará el puntero al mover el jinete del brazo medio hasta 300 g. Luego hazlo y observa.

⚖️ Actividad 3: Comparar sin medir

Predice qué objetos tienen masa mayor que 300 g; compruébalo colocando cada objeto con el jinete medio en 300.

💡 Actividad 4: Medir la bombilla

Aplica el procedimiento sistemático (medio → superior → inferior), equilibra la balanza y registra la masa de la bombilla.

📋 Actividad 5: Medir los demás objetos

Mide los clips, el cono y el cubo; guarda cada medición correcta en la pestaña Registro.

⚠️ Actividad 6: El error sistemático

Desajusta el cero a propósito, mide un objeto sin calibrar y registra la lectura. Descubre cómo se desplazan todas las mediciones.

🌙 Actividad 7: ¿Masa o peso?

Equilibra un objeto en la Tierra y luego cambia la gravedad a la Luna o Marte. Predice y comprueba qué pasa con la lectura.

Las actividades siguen el guion del experimento (Student Exploration: Triple Beam Balance).

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1. La masa y las balanzas La masa es una de las siete magnitudes consideradas fundamentales en la ciencia, la tecnología y el comercio. Las balanzas están entre los instrumentos de medición más antiguos que se conocen: las primeras balanzas de platillos datan de hace alrededor de cinco mil años —se usaban en el intercambio de productos en el antiguo Egipto y Mesopotamia—, mucho antes de que la ciencia se valiera de ellas. Con el tiempo surgieron variantes como la balanza romana y la balanza analítica; la balanza mono plato de triple brazo, del siglo XX, es un diseño robusto y de fácil manipulación, habitual en los laboratorios escolares. Esta actividad te prepara para la práctica «Determinación de la densidad de un material» (pág. 234 de Mecánica I). En el SI la masa es una de las siete magnitudes básicas; su unidad, el kilogramo, es la única aún definida por un objeto: un cilindro de platino e iridio construido en 1879 y guardado en Francia. El gramo que usa esta balanza es un submúltiplo decimal del kilogramo: $1\ \text{g} = 0.001\ \text{kg}$.

2. ¿Cómo funciona? Es una palanca que pivota sobre un fulcro. El objeto de masa desconocida se coloca en la bandeja; al otro lado, tres pesas deslizantes llamadas jinetes recorren brazos graduados hasta equilibrar la palanca. La balanza compara masas: no depende del valor local de la gravedad — compruébalo con el selector de la barra superior (Tierra, Luna, Marte): la lectura no cambia, mientras que un dinamómetro mediría un peso $W = mg$ distinto en cada caso. Si con la bandeja vacía y los jinetes en 0 el puntero no marca cero, el instrumento tiene un error de cero — un error sistemático que desplazaría todas las lecturas por igual. Se corrige girando el tornillo de ajuste del extremo izquierdo de la barra antes de medir, nunca con los jinetes. Con las tres escalas al máximo, la capacidad del instrumento es $100 + 500 + 10 = 610\ \text{g}$.

3. Procedimiento de medición Verifica el cero sin carga. Coloca el objeto. Desplaza el jinete del brazo medio (100 g por muesca) hasta que el puntero se hunda y retrocede una muesca; repite con el brazo superior (10 g por muesca); termina deslizando con suavidad el jinete del brazo inferior (continuo) hasta centrar el puntero en la marca cero.

4. Lectura de la masa La masa medida es la suma de las posiciones de los tres jinetes:

$$m = m_{\text{med}} + m_{\text{sup}} + m_{\text{inf}}$$

Ejemplo: $200 + 40 + 5.6 = 245.6\ \text{g}$.

5. Incertidumbre instrumental Observa que hay cierto intervalo, de alrededor de $0.1\ \text{g}$, en el que puedes deslizar el jinete del brazo fino y la balanza parece continuar en equilibrio. Esto significa cierta duda o incertidumbre en el valor medido: el cuerpo pudiera tener unas centésimas de gramo más (o menos) que el valor leído. A esta componente, determinada por el instrumento, se le llama incertidumbre instrumental $u_i$, y comúnmente es la mitad de la menor división de la escala. Un criterio para reportar el resultado consiste en expresar el intervalo en que, con gran seguridad, está el valor medido — igual que se hizo con el pie de rey (también se escribe en la forma compacta $m(u)$, p. ej. $245.6(0.05)\ \text{g}$):

$$u_i = \dfrac{r}{2} = \dfrac{0.1\ \text{g}}{2} = 0.05\ \text{g} \qquad\qquad \text{valor leído} \pm 0.05\ \text{g}$$

La misma incertidumbre absoluta «pesa» distinto según la masa medida. La incertidumbre relativa compara la incertidumbre con el valor obtenido, y suele expresarse en porciento:

$$u_r = \dfrac{u}{m} \qquad\qquad \text{clips: } \dfrac{0.05}{5.4} \approx 0.93\,\% \qquad \text{cono: } \dfrac{0.05}{542} \approx 0.009\,\%$$

Medir el cono con esta balanza es una medición de mucha mayor calidad que medir los clips, aunque ambas tengan la misma $u = 0.05\ \text{g}$. La pestaña Registro calcula $u_r$ para cada medición.

6. Vocabulario

Fulcro	Punto de apoyo pivotante sobre el que descansa la palanca de la balanza.
Palanca	Viga rígida que pivota sobre el fulcro para equilibrar masas.
Masa	Cantidad de materia en un objeto, medida en gramos (g).
Jinete (rider)	Peso deslizante que se mueve a lo largo de los brazos para alcanzar el equilibrio.
Balanza de triple brazo	Instrumento de medición que usa tres brazos con jinetes para determinar la masa de un objeto.
Equilibrio	Estado en el que la suma de los jinetes iguala la masa del objeto en la bandeja.
Incertidumbre instrumental	Mitad de la resolución del brazo fino: ±0.05 g.

7. Nota didáctica: experimentos virtuales Los experimentos virtuales no sustituyen a los trabajos prácticos reales. Sin embargo, en la ciencia actual la noción de experimento se ha ampliado más allá de la reproducción de un fenómeno en condiciones controladas, para abarcar la experimentación con modelos. Este simulador te permite ejecutar acciones similares a las de un laboratorio real: esclarecer el principio de funcionamiento del instrumento, plantear hipótesis, ordenar datos, contrastar predicciones con resultados y elaborar un reporte del trabajo.

Registra tu medición

Equilibra la balanza con un objeto en la bandeja; escribe tu lectura en gramos y pulsa Registrar. La masa real se revela al registrar.

El botón se habilita cuando la balanza está en equilibrio con un objeto.

#	Objeto	Tu lectura	Masa real	Incertidumbre	$u_r$	Resultado
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Borrador de Reporte
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