Informe de Lab de Fisica Calor Ondas Laura

UNIVERSIDAD DE LA COSTA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PRINCIPIO DE ARQUIMIDES. Michael Esquivia1, Shirleiny Carmona2 Laura Montesino2, Álvaro Gamarra2 1Ingeniería Civil, 2Ingeniería Agroindustrial 2

L aborat aboratori orio o de F í sica si ca C alor alor Ond O ndas as G r upo: upo: CD CD

Resumen En el presente trabajo se calculó calculó la aplicación de Arquímedes utilizando utilizando y teniendo como como objetivo la medición de densidad de un cilindro de tungsteno, empleando de esta manera una forma alternativa de medir densidades en cuerpos sólidos. De igual manera se puede utilizar también este proceso para medir la densidad de sustancias líquidas aplicando el principio de Arquímedes. El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza ascendente o empuje igual al peso de fluido desplazado. Teniendo en cuanta todo esto se tomó liberando el hilo de la tensión, en donde es sosteniendo el cilindro con la mano, y se oprimió el botón “Zero” en el sensor de fuerza. En donde esto calibro el sensor en 0,00 , esta medida fue registrada en la pantalla del PC. En cambio cuando se colgó libremente en el hilo el cilindro la tensión de este mismo dio como resultado 2,205N y de esta misma manera pero sumergido en agua sin tocar las paredes y el fondo del recipiente dio un valor de 2,078N, después de haber realizado y tomado to mado todos los datos se llevó a cabo los cálculos necesarios para registrar y encontrarlos errores.

Palabras claves Principio de Arquímedes, Sensor de fuerza, Cilindro de tungsteno, Densidad. Abstract In the present work the application of Archimedes was calculated using and having as objective the density measurement of a tungsten cylinder, using in this way an alternative way to measure densities in solid bodies. In the same same way, this process can also be used used to measure measure the density of liquid substances applying the Archimedes principle. The principle of Archimedes states that every body totally or partially submerged in a fluid experiences an ascending force or thrust equal to the weight of fluid displaced. Taking into account all this was done by releasing the thread of tension, where he is holding the cylinder with his hand, and pressed the "Zero" button on the force sensor. Where this calibrated the sensor to 0.00 , this measurement was recorded on the PC screen. On the other hand, when the cylinder was hung freely in the wire, the tension of the same resulted in 2.205N and in the same way, but submerged in water without touching the walls and the bottom of the container gave a value of 2.078N, after having made and taken all the data was carried out the necessary calculations to register and find them errors. Keywords Archimedes Principle, Force Sensor, Tungsten Cylinder, Density.

1. Introducción En la naturaleza encontramos una serie de fenómenos que suceden a diario y que en algunas ocasiones pasan desapercibidos para nuestros ojos. Él poder comprender de manera más amplia estos fenómenos nos ayuda a entender mejor cómo se comportan algunas fuerzas que entran en acción bajo ciertas circunstancias. Si bien el concepto de flotar está muy arraigado en nuestro vocabulario, la comprensión de éste

como fenómeno físico comprende una serie de estudios, los cuales podemos ver en el Principio de Arquímedes . El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del fluido desplazado por dicho cuerpo

2. Fundamentos Teóricos




2.1 principio de Arquímedes. El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en las figuras: I. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. II. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

empuje es la misma y actúa en el mismo punto, denominado centro de empuje. Lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el centro de masa, que puede o no coincidir con el centro de empuje.

Figura 2. Principio de Arquímedes.

Figura 1. Principio de Arquímedes. 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 y dS 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

Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto. En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coincide el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.

2.2 Densidad. La densidad se define como la masa por unidad de volumen. Usamos la letra griega ρ (rho) para denotar la densidad. =

v

m

(  )

Las unidades S.I de la densidad es kg/m3. También se puede usar g/cm3 y g/cm3 = 1000 kg/m3. En la siguiente figura se mostraran algunas densidades de algunas sustancias comunes:

Empuje=peso=rf·gV El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido r f por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V . Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que hemos denominado

Tabla1. Densidades de algunas sustancias comunes.




Figura 4. Sensor de fuerza.

3. Desarrollo experimental Los materiales que utilizamos experiencia fueron: I. Soporte universal. II. Sensor de fuerza. III. Cuerda liviana. IV. Cilindro de Tungsteno. V. Probeta de 250ml. VI. Agua. VII. Vernier. Software Pasco. VIII.

en

esta

1) Se realizó con la ayuda del vernier la toma de medidas del diámetro y la altura del cilindro, y con estos datos también se realizó todo el cálculo el volumen ocupado por el cilindro. 2) Se Realizó el montaje como es mostrado en la figura 3.

4) Luego se dejó que el cilindro colgara libremente del hilo, la tensión del mismo quedo registrada en el PC. 5) Después se llenó un recipiente con una cantidad suficiente de agua tal que cuando el cilindro se introdujera en ella este no toque las paredes ni el fondo del recipiente, se Introdujo con cuidado el cilindro en el recipiente hasta que quede totalmente sumergido. Se esperó un momento mientras el sistema alcanza el equilibrio.

4. Datos obtenidos del laboratorio. 

Ecuaciones

VC= π×R 2×h V p= a×b×c Vobj= π×R 2×c

Vobj= vc+V p-Vobj 

Datos Fuerza en el aire = 2.205N Fuerza en el agua = 2.078N T= 2.078N Interno del cilindro: D=

Figura 3. Diagrama de montaje de la experiencia. 3) Se Liberó del hilo de la tensión, sosteniendo el cilindro con la mano, y se oprimió el botón “Zero” en el sensor de fuerza. Esto calibrará el sensor en 0,00, en donde esta medida fue registrada en la pantalla del PC.

. 

= 12,65

h = 25.36mm

Paralelepípedo: D= 4.07mm Ancho = 6.28mm Alto = 9.71mm Grosor = 1.07mm

Nota: conversión de mm a m Cilindro: D = 0.0253m r = 0.01265m h = 0.02536m Paralelepípedo: D = 4.07×10-3 m r = 2.035×10.3 m a = 6.28×10.3 m h = 9.70×10.3 m




grosor = 1.02×10.3 m

5. Cálculos y análisis de resultados 

 1000 9.8 −  ×  + 2.078  × 1.27 × 10   = 1.27× 10− × 9.8/ 

Volúmenes

Vcilindro = π(0.01265)2×0.02536 = 1.27×10-5 m VParalele= 2.035×10-3m×9.70×10-3m×1.02×10-3m = 2.01×10-8/m Vobj = π(2.035×10-3m)2×1.02×10-3m = 1.327×10-8m

II.

III.

obj × g

= 17696kg/m3 La densidad del cilindro de tungsteno utilizado en la experiencia de laboratorio es de 17696 kg/m3

Cálculo del error porcentual. El error porcentual está dada por la ecuación:

% =

|−| 

× 100

|/ −/ |

= 8.31%

/ 

× 100

El error porcentual para hallar el valor de la densidad del cilindro de tungsteno utilizado en la experiencia de laboratorio fue de 8.31%

6. análisis de preguntas.

IV.

×

V.

Calcule el peso del líquido desalojado y compárelo con el empuje mediante la medición del peso del cilindro en el aire y en el líquido. ¿Cuáles son las principales fuentes de error al determinar? Sea claro y concreto al señalar dichas fuentes. Averigüe el valor promedio del volumen corporal para el ser humano y determine si es importante la diferencia al pesarnos en presencia de aire. R/ se dice que el cuerpo humano es un cuerpo que tiene formas muy irregulares en los tres planos: sagital, frontal y transversal y en las tres dimensiones clásicas: XYZ. Entonces es complicado determinar con precisión el volumen del cuerpo (VC) humano. Sin embargo, grupos de científicos han hecho varios acercamientos para medir esta variable física tan importante. Los siguientes reportes investigativos indican varias formas de medir el Volumen Corporal (VC) utilizando el método de la Antropometría: El promedio del VC para el ser humano es 66.4 L (litros) = 0.06640 m3 (metros cúbicos) medida por el método del 

I.

 

 ×  ×  + 

 1000 9.8 −  ×  + 2.078  × 1.27 × 10   = − 1.27× 10 × 9.8/ 

% =

|/  −/ |

El porcentaje de error de la experiencia de laboratorio fue de 8.31%.

Ecuación de Densidad  =

% =

100 = 8.31%

Vtotal = 1.27×10 -5 m×2.01×10-8/m×1.327×10-8m = 1.27×10-5m 

La densidad del cilindro de tungsteno es de 17696 Kg/m3, este resultado se obtuvo de la realización de la ecuación de densidad. Compare los valores teóricos la densidad del cilindro con los obtenidos experimentalmente y calcule Er %.

A partir de los datos de la tabla 1 y la ecuación (4) determine la densidad del cilindro.






desplazamiento de agua en 521 personas entre 17-51 años La predicción del Volumen Corporal (VC) puede hacerse por la ecuación sencilla :

VC = Masa de la persona (kg) /densidad promedio del cuerpo humano VC en litros = Masa de la persona (kg)/ 0,95 kg/dm3 (Un decímetro3= un litro) Al momento de pesarnos es necesario tener encuentra el aire, ya que este instrumento no es perfecto esto se debe a que nos puede mostrar no solo nuestro peso sino también el peso de los factores que en ella interfieran, es decir, el del aire que nos rodea

7. Conclusiones La aplicación de Arquímedes utilizando y teniendo como objetivo la medición de densidad de un cilindro de tungsteno, empleando de esta manera una forma alternativa de medir densidades en cuerpos sólidos. De igual manera se puede utilizar también este proceso para medir la densidad de sustancias líquidas aplicando el principio de Arquímedes. La realización de dicha experiencia nos produjo un error porcentual de 8.31%. La realización de la experiencia de laboratorio tuvo grandes probabilidades de éxito.

Bibliografía 1. SEARS, Francis; ZEMANSKY, Mark. Física Universitaria. Volumen. 9° edición Ed. Pearson Educación. México. 2000. Pag 236. 2. BENSON, Harris. Física universitaria. Volumen. Primera edición. Ed. Cecsia. 3. SERWAY, Raymond. Física. Tomo II. 4° edición. Ed. Mc Graw Hill. México. 2002. Pag 456.

4. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estati ca/arquimedes/arquimedes.htm 5.




NOTA: TENER EN CUENTA LO SIGUIENTE FORMATO PRESENTACIÓN ENSAYOS EXPERIMENTALES “TIPO ARTÍCULO CIENTÍFICO”

Resumen Palabras claves (Deben estar incluidas en el resumen) Abstract El mismo resumen pero escrito en inglés Key words Las mismas palabras claves pero en inglés 1. INTRODUCCIÓN Debe hacer una presentación o inducción sobre el trabajo, incluyendo el objetivo de llevar a cabo el mismo 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Describir el marco de referencia conceptual pertinente a la práctica. 3. DESARROLLO EXPERIMENTAL Contiene una descripción concisa de los pasos realizados para llevar a cabo la práctica, un esquema, foto o diagrama del montaje realizado. 4. CÁLCULOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS Cálculos: Desarrollo Matemático en el cual se describa las ecuaciones utilizadas y los resultados obtenidos y/o muestre un ejemplo de los cálculos realizados (utilizando los datos obtenidos en la experiencia). Análisis: Para la realización de este se debe tener en cuenta los componentes matemáticos, físicos y gráficos de la experiencia. 5. CONCLUSIONES Se realiza teniendo en cuenta el objetivo planteado y los análisis de los resultados  









7. BIBLIOGRAFÍA




El formato digital para la presentación del artículo podrá descargarse de la página del curso Durante la experiencia se formularan algunas preguntas que pueden orientar el análisis de la experiencia. Las gráficas se pueden realizar diferente software tales como Excel, Matlab, derive, Origin otro equivalente. Los cálculos deben realizarse empleando herramientas tales como el “editor de ecuaciones”,” math type” u otro equivalente.

ESTRUCTURA

MARC. TEO.

C LCULOS

AN LISIS

CONCLUSI N

DEF

La tabla anterior es para que el docente realice la evaluación, cada ítem tiene valor de 1.0/5.0 1. ESTRUCTURA DEL INFORME: Si cumple con el formato indicado. 2. MARCO TEÓRICO: EXPLICACIÓN DE LOS FUNDAMENTOS TEÓRICOS QUE SUSTENTAN LA EXPERIENCIA. 3. CALCULOS: DEBEN ESTAR REALIZADOS TODOS LOS CALCULOS CONCERNIENTES A LA EXPERIENCIA DE LABORATORIO. 4. ANALISIS: SE REFIERE AL ANALISIS DE LOS RESULTADOS DE LA EXPERIENCIA, HACE RELACIÓN A LOS DATOS Y A LAS GRÁFICAS. 5. CONCLUSIONES: ESTE ITEM ES MUY IMPORTANTE EN EL LABORATORIO, TIENE QUE VER CON LOS RESULTADOS OBTENIDOS, ANALISIS DE POSIBLES ERRORES EN LOS RESULTADOS, COMPARACIÓN CON VALORES TEÓRICOS, TEC.

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