Balanța cu trei brațe este unul dintre cele mai vechi instrumente încă utilizate zilnic în laborator și unul dintre cele mai fiabile: compară masa necunoscută de pe cadranul său cu mase standard glisante pe trei bare gradate, utilizând doar principiul pârghiei. Deoarece compară masele în loc să măsoare o forță, citirea sa nu depinde de intensitatea gravității și nu necesită baterii și nici curbă de etalonare — doar un cadran curat și un indicator reglat corect la zero. Cântărirea este cea mai comună operațiune din știința experimentală și aproape fiecare laborator cantitativ din acest catalog începe cu aceasta. În acest tutorial, veți învăța rutina completă de cântărire pe o balanță cu trei brațe: aducerea la zero și etalonarea instrumentului, cântărirea unui solid sub formă de piese întregi (benzi de magneziu) și a unui solid sub formă de pulbere (oxid de magneziu), și obținerea masei fiecărei substanțe prin scădere — cântărind mai întâi tăvița goală, astfel încât masa recipientului să se elimine din rezultat.
Obiective educaționale
Funcționarea balanței cu trei brațe
- Aduceți balanța la zero și etalonați-o înainte de utilizare și manevrați cei trei cursori în ordinea corectă — cel mai mare braț primul, cel mai mic la sfârșit — pentru a aduce indicatorul în dreptul marcajului zero.
- Citiți masa ca suma celor trei poziții ale riglei.
Tehnică de cântărire
- Cântăriți substanțele solide în bucăți întregi și sub formă de pulbere folosind o cápsulă de cântărire, manevrând probele cu penseta și o spatulă în loc de degete.
- Obțineți masa unei substanțe prin scădere: (vapor + substanță) − (vapor gol), astfel încât masa recipientului se anulează din rezultat.
Înțelegerea preciziei
- Recunoașteți de ce o masă măsurată precis și reproductibil este fundamentul fiecărui rezultat cantitativ construit pe baza ei.
Obiceiuri de laborator
- Lăsați stația pregătită pentru următorul utilizator: probele aruncate în coșul de gunoi, barca returnată și toți contorii de pe biciclete/aparat resetați la zero.
Protocol
Principii de bază
1. Înainte de cântărire, verificați ca toți cursorii balanței să fie la zero și talerul să fie curat.
2. Verificați ca indicatorul negru din dreapta balanței să se afle pe reperul zero (mica linie orizontală neagră). Dacă nu, calibrați balanța cu șurubul mic de reglare aflat în stânga, sub taler.
3. Așezați obiectul de cântărit pe talerul balanței.
4. Deplasați cursorul brațului celui mai mare (cu ajutorul micilor săgeți roșii) înainte până când indicatorul negru coboară sub reperul zero, apoi dați-l înapoi cu o crestătură, astfel încât indicatorul să urce deasupra zeroului. Repetați cu brațul mijlociu, apoi glisați cursorul brațului cel mai mic până când indicatorul este perfect aliniat cu reperul zero.
5. Adunați masele indicate pe cele trei brațe pentru a obține masa obiectului.
Măsurați masa unui întreg solid
1. Reglați nivelul de echilibru folosind șurubul de reglaj.
2. Cântăriți nacela goală pe balanță.
3. Cu penseta, așezați toate benzile de magneziu în nacela aflată pe taler.
4. Cântăriți nacela și benzile.
5. Calculați masa substanței astfel: (masa nacelei și a benzilor) - (masa nacelei goale).
6. Aruncați benzile de magneziu în coșul negru de deșeuri și puneți nacela goală înapoi pe masă.
Măsurați masa unui solid sub formă de pulbere
1. Luați 5 mL de pulbere de oxid de magneziu cu spatula mare și puneți-o în nacelă.
2. Cântăriți nacela și pulberea de oxid de magneziu.
3. Calculați masa substanței astfel: (masa nacelei și a pulberii) - (masa nacelei goale).
4. Aruncați pulberea de oxid de magneziu în coșul negru de deșeuri și puneți nacela goală înapoi pe masă.
5. Readuceți toți cursorii balanței la zero.
Rezultate anticipate
Acest tutorial demonstrează competențe mai degrabă decât să testeze o ipoteză: la sfârșitul acestuia, cursantul poate tara o balanță, poate manipula cursoarele în ordinea corectă și poate cântări prin diferență, astfel încât masa nacelei să se anuleze. Cele două exerciții au citiri așteptate certe. Substanțele sunt Mg(s) sub formă de benzi și MgO(s) sub formă de pulbere. O bandă de magneziu cântărește 0,55 g și există cinci benzi în recipient, astfel încât setul cântărit ar trebui să ajungă la 2,75 g după ce se scade masa nacelei goale. Pulberea de oxid de magneziu are o densitate declarată de 3,58 g/mL, deci porțiunea de 5 mL luată cu spatula mare ar trebui să cântărească 17,9 g prin aceeași scădere. Obținerea acestor două numere și capacitatea de a explica de ce masa proprie a nacelui nu apare nicăieri în ele reprezintă scopul principal al exercițiului.
Rezumatul temei pe intervale de note
Clasele a IX-a și a X-a
Focalizare: tehnica corectă. Studenții aduc balanța la zero și o calibrează, cântăresc benzile și pulberea respectând protocolul și obțin ambele mase prin scădere. Succesul este procedural: cursorii au lucrat în ordinea corectă, indicatorul s-a oprit la zero, citirea a fost înregistrată ca suma celor trei bare, iar stația a fost lăsată curată, cu cursorii aduși înapoi la zero.
Clasa a XI-a
Obiectiv: citirea și înregistrarea cu precizie. Elevii înregistrează fiecare masă la cea mai fină gradație pe care o susține cea mai mică scară, păstrează numărul corect de cifre semnificative în urma scăderii și verifică rezultatul pentru bandă în raport cu valoarea declarată de 0,55 g per bandă. Ei pot explica de ce metoda scăderii necesită două citiri.
Clasa a XII-a / Nivel universitar
Focalizarea: instrumentul în sine. Elevii explică de ce o balanță cu braț măsoară masa mai degrabă decât greutatea — ambele părți ale comparației resimt aceeași gravitație, deci g se anulează — și de ce citirea sa ar fi identică pe Lună, spre deosebire de cea a unui cântar cu arc. Ei argumentează de ce cântărirea prin scădere este practica standard pentru orice nu poate fi așezat direct pe platan.
Esențiale de laborator
Instrumente
- Balanță cu trei brațe
- Nacelă de cântărire
- Spatulă mare
- Pensetă
- Coș de gunoi
Produse
- Magneziu (benzi)
- Oxid de magneziu (praf)