La balança de triple braç és un dels instruments més antics que encara s'utilitzen diàriament al laboratori, i un dels més fiables: compara la massa desconeguda del seu plat amb masses estàndard lliscants en tres braços graduats, utilitzant només el principi de la palanca. Com que compara masses en lloc de mesurar una força, la seva lectura no depèn de la intensitat de la gravetat i no necessita piles ni corba de calibratge —només un plat net i un indicador degudament a zero. Pesar és l'operació més comuna en la ciència experimental, i gairebé tots els laboratoris quantitatius d'aquest catàleg comencen amb aquesta operació. En aquest tutorial, aprendreu la rutina completa de pesada en una balança de triple braç: posar a zero i calibrar l'instrument, pesar un sòlid en peces senceres (cintes de magnesi) i un sòlid en forma de pols (òxid de magnesi), i obtenir la massa de cada substància per substracció —pesant primer la barqueta buida, de manera que la massa del recipient s'elimini del resultat.
Objectius educatius
Funcionament de la balança de tres braços
- Cal fer a zero i calibrar la balança abans d'utilitzar-la, i moure els tres jous en l'ordre correcte —primer el més gran, d'últim el més petit— per portar l'agulla fins a la marca de zero.
- Llegiu la massa com la suma de les tres posicions de la biga.
Tècnica de pesatge
- Peseu els sòlids en peces senceres i en forma de pols utilitzant una barqueta de pesada, manipulant les mostres amb pinces i una espàtula en lloc dels dits.
- Obteniu la massa d'una substància per substracció: (recipient + substància) − (recipient buit), de manera que la massa del recipient s'anul·la del resultat.
Comprendre la precisió
- Reconegueu per què una massa mesurada de manera precisa i reproduïble és la base de tot resultat quantitatiu construït sobre ella.
Hàbits de laboratori
- Deixeu l'estació a punt per al següent usuari: mostres descartades a la paperera, l'embarcació retornada i tots els comptadors a zero.
Protocol
Principis bàsics
1. Abans de pesar, comproveu que tots els cursors de la balança estiguin a zero i que el platet estigui net.
2. Comproveu que l'agulla negra situada a la dreta de la balança reposi sobre la marca del zero (la petita línia horitzontal negra). Si no hi és, calibreu la balança amb el petit cargol d'ajust situat a l'esquerra, sota el platet.
3. Col·loqueu l'objecte a pesar sobre el platet de la balança.
4. Desplaceu el cursor del braç més gran (amb les petites fletxes vermelles) endavant fins que l'agulla negra baixi per sota de la marca del zero, i després feu-lo enrere una osca perquè l'agulla pugi per damunt del zero. Repetiu-ho amb el braç intermedi i, finalment, feu lliscar el cursor del braç més petit fins que l'agulla quedi perfectament alineada amb la marca del zero.
5. Sumeu les masses indicades als tres braços per obtenir la massa de l'objecte.
Mesura la massa d'un sòlid sencer
1. Ajusteu el nivell de balanç utilitzant el cargol d'ajust.
2. Peseu la nau buida a la balança.
3. Amb les pinces, col·loqueu totes les cintes de magnesi a la nau situada sobre el platet.
4. Peseu la nau i les cintes.
5. Calculeu la massa de la substància així: (massa de la nau i les cintes) - (massa de la nau buida).
6. Llenceu les cintes de magnesi a la galleda negra i torneu la nau buida al taulell.
Mesura la massa d'un sòlid en pols
1. Preneu 5 mL de pols d'òxid de magnesi amb l'espàtula gran i col·loqueu-la a la nau.
2. Peseu la nau i la pols d'òxid de magnesi.
3. Calculeu la massa de la substància així: (massa de la nau i la pols) - (massa de la nau buida).
4. Llenceu la pols d'òxid de magnesi a la galleda negra i torneu la nau buida al taulell.
5. Torneu tots els cursors de la balança a zero.
Resultats previstos
Aquest tutorial demostra habilitats en lloc de posar a prova una hipòtesi: al final, l'estudiant sap posar una balança a zero, manipular els jocs de masses corredores en l'ordre correcte i pesar per restació de manera que la massa de la torpedera s'anul·li. Els dos exercicis tenen lectures esperades definites. Les substàncies són Mg(s) en cinta i MgO(s) en pols. Una cinta de magnesi pesa 0,55 g, i n'hi ha cinc al recipient, de manera que el conjunt pesat hauria d'arribar a 2,75 g un cop restada la massa de la torpedera buida. La pols d'òxid de magnesi té una densitat declarada de 3,58 g/mL, de manera que la porció de 5 mL presa amb la espàtula gran hauria de pesar 17,9 g amb la mateixa restació. Obtenir aquests dos nombres, i saber explicar per què la massa de la mateixa torpedera no apareix enlloc en ells, és tot el sentit de l'exercici.
Resum de tasques per rang de qualificació
De 9è a 10è grau
Enfocament: tècnica correcta. Els estudiants posen a zero i calibren la balança, pesen les cintes i la pols seguint el protocol, i obtenen ambdues masses per substracció. L'èxit és procedimental: els genets van treballar en l'ordre correcte, l'indicador es va estabilitzar a zero, la lectura es va registrar com la suma dels tres braços i l'estació es va deixar neta amb els genets tornats a zero.
11è curs
Focus: lectura i registre amb precisió. Els estudiants registren cada massa amb la graduació més fina que admet el braç més petit, porten el nombre correcte de xifres significatives a través de la resta, i verifiquen el resultat de la cinta respecte als 0,55 g per cinta declarats. Poden explicar per què el mètode de la resta requereix dues lectures.
12è curs / Nivell universitari
Focus: l'instrument en si. Els estudiants expliquen per què una balança de braços mesura la massa en lloc del pes —tots dos costats de la comparació senten la mateixa gravetat, de manera que la $g$ s'anul·la— i per què la seva lectura seria idèntica a la Lluna, on la d'una bàscula de ressort no ho seria. Argumenten per què pesar per substracció és la pràctica estàndard per a qualsevol cosa que no pugui reposar directament sobre el plat.
Equipament de laboratori
Instruments
- Balança de tres braços
- Nau de pesada
- Espàtula gran
- Pinces
- Paperera
Productes
- Magnesi (cintes)
- Òxid de magnesi (en pols)