UNIVERSIDAD CIENTIFICA DEL SUR
Curso: Física II
Profesor: Eduardo Soto
INFORME DE PRÁCTICA
PRACTICA: N°3
Principio de Arquímedes
Integrantes:
Acosta Oliva Adriana
Mendoza Peralta Paul
Salazar Espinoza María del Carmen
Jaulis Cuba Katherine
Huaytalla Galindo Brenda
Horario de prácticas: lunes 7:10 – 8:30 pm
Lima – Perú 2018 – I
Introduccion
En la sesión anterior se analizó cierta parte de la mecánica de fluidos que estudia el comportamiento de los fluidos en reposo llamada “hidrostática”; en este caso se verificará que un cuerpo sumergido en un fluido no estará en general, en equilibrio, Su peso puede ser mayor que la fuerza vertical ejercida por el desplazamiento del líquido y si no es homogéneo, su centro de gravedad puede no encontrarse sobre la línea de acción de dicha fuerza, lo cual hará que se eleve o descienda girando a la vez. Es por ello que en el presente laboratorio se aplica para la experimentación el principio de Arquímedes, el cual nos indica que “todo cuerpo sumergido dentro de un fluido experimenta una fuerza ascendente llamada empuje, equivalente al peso del fluido desalojado por el cuerpo” . Un ejemplo de ello, lo podemos encontrar en la vida cotidiana cuando nadamos o cuando tiramos un objeto al agua; el objeto se hunde si su peso es mayor que el peso del fluido desalojado (desplazado). El objeto flota cuando su peso es menor o igual al peso del fluido desplazado. (Vite,2014) El presente informe abarcara la determinación de la relacion entre el empuje y el volumen sumergido del objeto en estudio. De la misma manera se realizó una revisión bibliográfica de porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. Finalmente, el trabajo revelara conforme avance las variadas fuentes utilizadas para una mejor comprensión y con el objetivo de expandir el conocimiento sobre el principio de Arquímedes. Materiales:
Computadora personal
Programa Data Studio instalado
. Interface Science Workshop o Pasport
Jack de laboratorio 15 x 15 SE-9373
Soporte universal ME-8976 y varilla ME-8736
Adaptador analógico PS-2158
Adaptador Digital PS-2159
Convertidor USB/Serial CI-6759ª
Sensor de Fuerza CI-6746
1000 ml beaker SE-7288
Nuez doble ME-9873
Varilla de 14 cm SA-9242
Balanza triple brazo SE-8707
Calibrador Vernier digital SE-8770
Conjunto de pesas SE-8759
1.00m de hilo SE-8050
Objetivos:
-Verificar que el empuje que experimenta un objeto completa o parcialmente sumergido en un fluido es igualal peso del fluido desplazado por el objeto. -Calcular experimentalmente la densidad del fluido empleado. -Determinar la relacion entre el empuje y el volumensumergido del objeto. Marco teorico Principio de Arquimides
Según Arthur G. Hansen (1998) menciona, que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo, el cual radica un empuje vertical y con dirección hacia arriba que es igual al peso de la ausencia del fluido, o sea, el fluido desalojado. Esta fuerza sobre la que hablaba Arquímedes es llamada empuje hidrostático o de Arquímedes. Además, el punto sobre el que puede considerarse que actúan todas las fuerzas que producen el efecto de flotación se llama centro de flotación, el cual corresponde al centro de gravedad del fluido desplazado. Por otro lado, William F. Hughes (2005) menciona que será de gran valor saber que el empuje ascensional coincidirá con el volumen del líquido desplazado, siempre que serán anulados tanto el peso del elemento suspendido como la influencia de la presión atmosférica. Por último, el estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
Hay ciertos objetos flotantes que se encuentran en equilibrio estable cuando su centro de gravedad está por encima del centro de flotación, esto entra en condiciones con lo visto anteriormente acerca del equilibrio, sin embargo este fenómeno se produce de manera habitual.
Para conocer la magnitud de la fuerza de flotación debemos entender la expresión "el volumen del agua desplazado". Si sumergimos completamente un objeto en un recipiente lleno con agua hasta el borde, un poco de agua se derramará, y decimos que el agua es desplazada por el objeto. El volumen del objeto es igual al volumen del agua desplazada (derramada).
Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad es un elemento de superficie. Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje. De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple: Empuje=peso=p.g. V
Flotabilidad y principio de arquimides Consideremos la fuerza neta actuando sobre un cilindro sumergidos en un fluido de densidad, las fuerzas F1 y F2 se deben a la presion del agua. La fuerza neta es la suma de ambas fuerzas, la fuerza de flotacion sobre un cuerpo sumergido en un fluido es igual al peso del fluido desplazado por el objeto.
RESULTADOS:
Mediciones de la varilla ( De 1cm a 1cm)
En la siguiente tabla se observa los datos recolectados de las medidas de la varilla, la cual se midio cada 1cm. Altura (cm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Peso(N) 0.82 0.79 0.76 0.82 0.76 0.79 0.76 0.79 0.73 0.76
Empuje(dgh) d = 1 g/cm³ 0 9.8 19.6 29.4 39.2 49 58.8 68.6 78.4 88.2
En la siguiente imagen se observa la gráfica de los datos de empuje y profundidad.
Grafica de datos de la Varilla 100 y = 9.8x - 2E-14 R² = 1
90 80 70 ) N ( e j u p m E
60 50 40 30 20 10 0
-10 0
1
2
3
Empuje(dgh)
4
5 Altura (cm)
6
7
Linear (Empuje(dgh))
8
9
10
Altura (cm) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Peso(N)
Empuje(dgh)
2.05 2.02 1.96 1.96 1.9 1.87 1.84 1.84 1.75 1.78
0 4.9 9.8 14.7 19.6 24.5 29.4 34.3 39.2 44.1
CILINDRO
VARILLA
ANCHO
2.24 cm
0.7mm
ALTURA
4.44cm
14.8 cm
Medida del Cilindro (cada 0.5 cm ) En la siguiente tabla se observa los datos recolectados de las medidas del cilindro , la cual se midió cada 0,5cm.
Mediciones de bola de metal y bola de plástico
Bola de Metal
Bola de Plástico
Medida en el aire
0.64 N
0.12 N
Sumergido
0.56 N
0.03 N
MEDICIONES CON EL CALIBRADOR VERNIER:
En las siguientes tablas se puede mostrar las mediciones que se realizaron a los materiales utilizados en clase.
DIAMETRO
BOLA DE METAL
BOLA DE PLASTICO
2.3 cm
2.5 cm
Conclusión
Con esta práctica de laboratorio pudimos observar los métodos para realizar mediciones con sus respectivos cálculos de incertidumbres. En cuanto a las mediciones, de forma individual las realizamos de forma directa con los objetos que se nos brindó (varilla, cilindro, bola de plástico y bola de metal). Tomando en cuenta sus alturas, diámetro y masa, según el caso. Al medir más preciso que la regla, teniendo en cuenta que el uso de un vernier su desventaja es que no mide objetos de gran tamaño. Cuando el cilindro dejaba de sumergirse en el fluido quiere decir que en este punto el peso del cilindro es igual a la fuerza de empuje. Además, la tensión de la cuerda se reduce a medida que el objeto se sumerge más en el fluido. También comprobamos como la fuerza de empuje es directamente proporcional al volumen desalojado, ya que la medida que sumergimos el cuerpo en el fluido, desplaza más materia y la fuerza de empuje se incrementa. Al realizar los cálculos se observó que los resultados como el Principio de Arquímedes eran muy aproximados como se observa en las gráficas realizadas.
CUESTIONARIO
1. Compare el valor obtenido para la densidad del agua con el comúnmente aceptado, ¿Cuál es el porcentaje de error? La densidad obtenida en la práctica es mayor al valor teórico de 1 g/cm3. Esto se puede deber que el agua no era destilada si n que era de caño y contiene un alto contenido de sal que pudo afectar el resultado final de la densidad. Cuantos más componentes disueltos tenga el agua mayor será la densidad. La variación de densidad también puede deberse a la temperatura, cuanto mayor sea la temperatura, con mayor velocidad se estará moviendo las moléculas, por tanto mayor separación entre ellas y por tanto tendrá una menor densidad. El agua pura se encuentra a 1 g/cm3 a presión atmosférica de 1 atm y a la temperatura de 4 C 2. ¿Cuál cree usted que son los factores que ocasionan la divergencia entre los valores de densidad?, Explique. Salinidad: cuando el agua tiene mayor salinidad contara con mayor densidad. por la cantidad de sales disueltas. Temperatura, cuanto mayor sea la temperatura, con mayor velocidad se estará moviendo las moléculas, por tanto mayor separación entre ellas y por tanto tendrá una menor densidad. Presión atmosférica la densidad varia también en función de la presión de la presión atmosférica, en estado líquido al ser un sólido incompresible, va ser que el factor que menos afecte, no así en caso de hablar de hielo o de vapor de agua. 3. ¿Afecta la masa del hilo empleado las mediciones realizadas?, Explique. Todos los objetos de medición cuentan con un margen de error de medición, estos son denominados humanos, de cálculo, o de maquinaria. Las balanzas se caracterizan por su exactitud, por su precisión y su sensibilidad. Es por eso que la masa del hilo si fue captada por la balanza generando un margen de error. 4. Un cuerpo cuya densidad media sea inferior a la de un líquido en el cual se encuentre, ¿puede flotar parcialmente?, en ese caso cual sería según usted la lectura del sensor de fuerza. La lectura del sensor seria que la densidad del objeto que se hunde su densidad es mayor a la del líquido en la que se encuentra sumergido. Por lo tanto si la densidad es menor a la del líquido el objeto no se hundiría por ningún motivo según las leyes de la física. 5. ¿El volumen de un dirigible que navega en el aire, pesa igual que el volumen desplazado?, Explique. Un dirigible vuela principalmente por el principio de Arquímedes, que describe la fuerza de flotación que sufre un cuerpo sumergido en un fluido más denso que el mismo. Es decir, un dirigible opera más como un submarino que como un helicóptero. Mientras que estos últimos deben generar el 100% del empuje necesario para volar del flujo, en un dirigible se usa un gas no inflamable como el Helio para conseguir el
empuje vertical. Cuando el gas desplaza un volumen de aire que pesa más que toda la nave el dirigible comienza a flotar.
6. Para que un barco pueda desplazarse, ¿es necesario que la línea de acción del empuje pase por su centro de gravedad?, Explique. La fuerza de empuje hace que los barcos floten sobre el agua, los barcos flotan porque son más densos que el agua. Es necesario que las líneas de acción pasen por el centro de gravedad. 7. Explique el funcionamiento del manómetro de Bourbon. El manómetro de Bourdon es un dispositivo para medir, desarrollado y planteado en 1849 por el ingeniero francés del mismo nombre. Son óptimos para la medición de presión relativa. Debido a su tecnología mecánica no necesita energía auxiliar.
Referencia Bibliográfica:
BARNETT, Raymond A. "Enciclopedia Temática Ilustrada", cuarta edición, Estocolmo, Suecia, Editorial LA Karton AB, 1996. WILSON, Jerry D. "Física", segunda edición, Ciudad de México, México, Editorial Mc Graw Hill, 1996.
VALERO, Michel, "Física Fundamental", segunda edición, Santa fe de Bogotá, Colombia, Editorial Norma, 1996.
ALONSO, Marcelo, "Física", primera edición, Ciudad de México, México, Fondo Educativo Interamericano S.A, 1982.
Arthur G. Hansen. Mecanica de Fluidos, Limusa, Mexico 1998, 575 páginas. William F. Hughes. Dinamica de Fluidos, Wc. Graw Hill, Mexico, 2005, 322 pag.
Anexos:
