La balanza granataria de tres brazos es uno de los instrumentos más antiguos que aún se utilizan a diario en los laboratorios, y uno de los más confiables: compara la masa desconocida en su platillo con masas estándar deslizantes en tres brazos graduados, utilizando únicamente el principio de palanca. Debido a que compara masas en lugar de medir una fuerza, su lectura no depende de la intensidad de la gravedad y no necesita pilas ni curva de calibración, solo un platillo limpio y un indicador debidamente en cero. El pesaje es la operación más común en la ciencia experimental, y casi todos los laboratorios cuantitativos de este catálogo comienzan con él. En este tutorial, aprenderá la rutina completa de pesaje en una balanza granataria de tres brazos: poner a cero y calibrar el instrumento, pesar un sólido en piezas enteras (cintas de magnesio) y un sólido en forma de polvo (óxido de magnesio), y obtener la masa de cada sustancia por sustracción —pesando primero la barquilla vacía, de modo que la masa del recipiente se elimine del resultado.
Objetivos Educativos
Funcionamiento de la balanza granataria de tres brazos
- Ponga a cero y calibre la balanza antes de usarla, y mueva los tres jinetes en el orden correcto — primero la barra más grande, al final la más pequeña — para llevar el indicador a la marca de cero.
- Lee la masa como la suma de las tres posiciones de la viga.
Técnica de pesaje
- Pese los sólidos en piezas enteras y en polvo utilizando un platillo de pesaje, manipulando las muestras con pinzas y una espátula en lugar de los dedos.
- Obtenga la masa de una sustancia por resta: (barquito + sustancia) − (barquito vacío), de modo que la masa del recipiente se anule en el resultado.
Comprender la precisión
- Reconoce por qué una masa medida con precisión y de forma reproducible es la fundación de cada resultado cuantitativo construido sobre ella.
Hábitos de laboratorio
- Deja la estación lista para el próximo usuario: muestras desechadas en el bote de basura, el bote devuelto y todos los marcadores en cero.
Protocolo
Principios básicos
1. Antes de pesar, compruebe que todos los jinetillos de la balanza están a cero y que el platillo está limpio.
2. Compruebe que la aguja negra situada a la derecha de la balanza descansa sobre la marca de cero (la pequeña línea horizontal negra). Si no es así, calibre la balanza con el pequeño tornillo de ajuste situado a la izquierda, debajo del platillo.
3. Coloque el objeto a pesar en el platillo de la balanza.
4. Desplace el jinetillo del brazo mayor (con las pequeñas flechas rojas) hacia delante hasta que la aguja negra baje por debajo de la marca de cero, y luego retrocédalo una muesca para que la aguja quede por encima del cero. Repita con el brazo intermedio y, por último, deslice el jinetillo del brazo menor hasta que la aguja quede perfectamente alineada con la marca de cero.
5. Sume las masas indicadas en los tres brazos para obtener la masa del objeto.
Mide la masa de un sólido entero
1. Ajuste el nivel de equilibrio usando el tornillo de ajuste.
2. Pese la nave vacía en la balanza.
3. Con las pinzas, coloque todas las cintas de magnesio en la nave situada sobre el platillo.
4. Pese la nave y las cintas.
5. Calcule la masa de la sustancia así: (masa de la nave y las cintas) - (masa de la nave vacía).
6. Deseche las cintas de magnesio en el cubo negro y devuelva la nave vacía a la mesa.
Mide la masa de un sólido en polvo
1. Tome 5 mL de polvo de óxido de magnesio con la espátula grande y colóquelo en la nave.
2. Pese la nave y el polvo de óxido de magnesio.
3. Calcule la masa de la sustancia así: (masa de la nave y el polvo) - (masa de la nave vacía).
4. Deseche el polvo de óxido de magnesio en el cubo negro y devuelva la nave vacía a la mesa.
5. Devuelva todos los jinetillos de la balanza a cero.
Resultados esperados
Este tutorial demuestra habilidades en lugar de poner a prueba una hipótesis: al final del mismo, el estudiante puede tarar una balanza, manipular las pesas deslizantes en el orden correcto y pesar por diferencia de modo que la masa del platillo se cancele. Los dos ejercicios tienen lecturas esperadas definidas. Las sustancias son Mg(s) en Cintas y MgO(s) en polvo. Una cinta de magnesio pesa 0,55 g y hay cinco cintas en el recipiente, por lo que el conjunto pesado debe dar 2,75 g después de restar la masa del platillo vacío. Se indica que el polvo de óxido de magnesio tiene una densidad de 3,58 g/mL, por lo que la porción de 5 mL tomada con la espátula grande debe pesar 17,9 g mediante la misma sustracción. Obtener estos dos números, y ser capaz de explicar por qué la masa propia del platillo no aparece en ninguno de ellos, es el objetivo principal del ejercicio.
Resumen de la asignación por rango de calificación
Grados 9–10
Enfoque: técnica correcta. Los estudiantes ponen a cero y calibran la balanza, pesan las cintas y el polvo siguiendo el protocolo, y obtienen ambas masas por sustracción. El éxito es procedimental: los jinetes funcionaron en el orden correcto, el indicador se detuvo en cero, la lectura se registró como la suma de las tres vigas y la estación se dejó limpia con los jinetes devueltos a cero.
Undécimo grado
Enfoque: lectura y registro con precisión. Los estudiantes registran cada masa hasta la graduación más fina que soporta el brazo más pequeño, llevan el número correcto de cifras significativas a través de la resta y verifican el resultado de la cinta con los 0,55 g por cinta declarados. Pueden explicar por qué el método de resta requiere dos lecturas.
12.º curso / Nivel universitario
Enfoque: el instrumento en sí. Los estudiantes explican por qué una balanza de brazos mide la masa en lugar del peso (ambos lados de la comparación experimentan la misma gravedad, por lo que $g$ se anula) y por qué su lectura sería idéntica en la Luna, mientras que la de un dinamómetro no lo sería. Argumentan por qué el pesaje por sustracción es la práctica estándar para cualquier objeto que no pueda colocarse directamente sobre el platillo.
Esenciales de laboratorio
Instrumentos
- Balanza de triple brazo
- Nave de pesada
- Espátula grande
- Pinzas
- Papelera
Productos
- Magnesio (cintas)
- Óxido de magnesio (en polvo)