INFORME N° 4 DEL LABORATORIO DE FISICA II TITULO
:
Hidrostática
ASIGNATURA :
Física II
DOCENTE
Percy Cañote Fajardo
:
INTEGRANTES : Ramos Pillaca, Mirian Rivera Montoya, Miky Herrera, Juan Manuel Manuel Ayosa Herrera, Delgado Pérez, Álvaro Max
CICLO
:
IV
FECHA DE ENTREGA:
08/08/2012
I.
RESUMEN DEL LABORATORIO
El presente informe de laboratorio se estudia experimentalmente la hidrostática; con algunos principios fundamentales como son los vasos comunicantes, presión, principio de Arquímedes, etc. Utilizando las materiales y realizando los procedimientos adecuadamente se realiza los experimentos que se enumera en manual N°4 del laboratorio de física II. Leer los objetivos y el marco teórico para saber los principios básicos que se va usar en le presente laboratorio. Posteriormente con los datos obtenidos se procede a realizar los cálculos especificados en la guía, como gráficas, tablas, cuestionario. etc. Terminado el reporte de la guía se llegara a responder a los objetivo y a concluir sobre la hidrostática y los problema cotidianos que podamos encontrar en la vida diaria, también se dará las respectiva sugerencia para aprovechar al máximo el sistema a usarse.
II.
OBJETIVOS
Evaluar experimentalmente la paradoja hidrostática.
Evaluar la variación de la presión con la profundidad en un líquido.
Estudiar el principio de Arquímedes.
Observar los vasos comunicantes.
III.
MARCO TEÓRICO
La presión (P) se relaciona con la fuerza (F) y el área (A) de la siguiente forma: P
F A
Es la presión que soporta un punto sumergido en un líquido en reposo
La paradoja hidrostática.-Si se ponen en comunicación varias vasijas de formas diferentes, se observa que el líquido alcanza el mismo nivel en todas ellas. A primera vista, debería ejercer mayor presión en su base aquel recipiente que contuviese mayor volumen de fluido.
Los manómetros.- son aparatos destinados a la medida de la presión. En su forma más simple, es un tubo en forma de "U", que contiene un líquido de densidad ρ conocida.
Variación de la presión con la profundidad.- Mientras que la presión atmosférica decrece con el incremento de la altitud, la presión de un líquido crece con la profundidad.
Principio de Pascal En un fluido la presión depende únicamente de la profundidad. Todo aumento de presión en la superficie se transmite a todos los puntos del fluido.
P 2 P 1 F 1 A1 F 2
F 2 A2
A F A 2
1
1
Principio de Arquímedes Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje de abajo hacia arriba de igual magnitud que el peso del líquido que desaloja.
IV.
MATERIALES Y PROCEDIMIENTO
Materiales
Un soporte Universal
Vaso de Precipitado (250 ml, 100 ml)
Barra (Fe, Al, madera)
Platillo con pesas (150 g)
Dos Nuez doble
Dinamómetro (2N)
Cinta métrica (2 m)
Barra metálica y soporte de dinamómetro
Dos Campanas de vidrio
Bola y tapón de goma
Tubo de vidrio recto (8 cm y 25 cm)
Juego de sondas para presión hidrostática
Soporte de tubos
Tubo de silicona
Vaso de expansión Jeringa de 20 ml
Procedimiento Parte I
1. Instalar el equipo de acuerdo a la siguiente figura 3, llena las dos campanas hasta la mitad y observe el nivel de agua en las dos campanas. 2. Luego quita una de las campanas, y colóquela en diferentes posiciones observando en cada caso los niveles de agua en las campanas (como se muestra en las figuras 4 y 5).
3. Remplace una de las campanas con un tubito de vidrio y observe los niveles de agua (como se muestran en las figuras 6, 7 y 8).
Part e II
4. Instale el manómetro en U de acuerdo a la figura 9, llene agua hasta que los dos tubos estén llenos hasta la mitad, conecte uno de los extremos del manómetro por medio un tubo de silicona a una de las sondas para medir la presión hidrostática, luego ponga agua en el vaso de precipitados y sumerja la sonda tal como se muestra en la figura 10.
5. Utilice la sonda en forma de gancho para medir la presión hacia abajo, la sonda en ángulo recto para medir la presión hacia los lados y para la presión hacia arriba la sonda recta (en todos los casos sumerja la sonda 5 cm y realice las medidas 3 veces). Anote sus datos en la tabla 1. 6. Para evaluar la variación de la presión con la profundidad, sumerja la sonda recta de 10 cm en 10 cm, anote la profundidad h y la presión absoluta p en la tabla 2. Part e III
7. Principio de Arquímedes, llene aproximadamente ¾ del vaso de precipitados con agua, cuidadosamente coloque la barra de aluminio, madera, la unión plástica, tapón de goma y la bola de goma (como se muestra en la figura 11) y observe cuales flotan y cuales se hunden. 8. Llene con agua el vaso de expansión, justo hasta que rebose sobre el vaso de precipitados, espere hasta que deje de gotear (como se muestra en la figura 12), seque con cuidado el vaso de precipitados y mida la masa m0 del vaso de precipitados. 9. Determine con el dinamómetro el peso en el aire de las masas de 50,100 y 150 g, luego sumerja completamente cada masa y usando un dinamómetro, mida el peso en el agua de las masas (como se muestra en la figura 13) y mida también la masa del agua desplazada.
V.
ANÁLISIS Y CÁLCULOS 1. De acu erdo a la parte I del Proced imien to:
- ¿Qué ocurre con los niveles de agua en los pasos 1 y 2? Explique. - ¿Qué ocurre con los niveles de agua cuando se cambia una de las campanas por el tubo? Explique. 2. De acuerdo a la parte II del proc edimient o.
Manómetro Hacia abajo Hacia arriba Sobre los lados
Tabla 1. ∆l (cm)
l
∆ prom
(cm)
PH (Pa)
5.3
4.2
4.7
4.73
473
2.6
2.1
2.3
2.33
233
2.9
3.1
3.1
3.2
3.3
3
3.1
3.1
310
310
- A la misma profundidad, ¿difieren las presiones hacia abajo, hacia arriba y hacia los lados? Explique.
h (cm) P (Pa)
1 0.6 60
2 0.7 70
Tabla 2. 3 4 1 1.6 100 160
5 2.3 230
6 3 300
7 3.3 330
- Con los datos de la tabla 2. Construya una grafica de P en función de h, y realice el ajuste de curvas correspondiente + Explique qué representa la constante del ajuste de curvas. + Explique que representa la pendiente del ajuste de curvas. 3. De la parte III del pro cedim iento:
De acuerdo al paso 7 del procedimiento de que cantidades físicas depende la flotabilidad de los cuerpos. Explique.
Un objeto flotará sobre un fluido (ambos bajo el efecto fuerza de una gravedad dominante) siempre que el número de partículas que componen el objeto sea menor al número de partículas del fluido desplazadas". La flotabilidad de un cuerpo dentro de un fluido estará determinada por las diferentes fuerzas que actuen sobre el mismo y el sentido de las mismas. La flotabilidad es positiva cuando el cuerpo tienda a ascender dentro del fluido, es negativa cuando el cuerpo tiene a descender dentro del fluido, y es neutra cuando se mantiene en suspensión dentro del fluido. La flotabilidad viene establecida por el Principio de Arquímedes
Material Aluminio Madera Fierro Bola tapón
¿Se hunde? Se hunde Flota Si se hunde (mas rápido que el Al) Si se hunde Si se hunde
Con los datos de los pasos 8 y 9 del procedimiento complete la siguiente tabla. Tabla 3
Masa (g)
Peso (N)
50 100 150
0.5 1 1.5
Peso aparente (N)
Empuje (N)
Peso de agua desplazada (N)
0.5 0.9 1.3
- Explique cómo calculó el peso de agua desplazada. Primero se pesa el vaso con el agua , luego se bota el agua y se pesa el vaso solo ; Luego la diferencia de estos será el peso del agua desplazada.
- Compare los resultados obtenidos para el empuje y el peso de agua desplazada en cada caso. Explique sus resultados.
VI.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones
Recomendaciones
Dar tiempo al sistema para que se equilibrara. Calibrar la balanza antes de tomar cualquier medida. Al momento de tomar mediciones se sugiere que cada miembro del grupo tome una medida para así sacar un promedio. Usar con cuidado los instrumentos de vidrio.
ANEXOS CUESTIONARIO 1. Explique detalladamente el funcionamiento de un sub marino.
En los submarinos se usan dos principios muy importantes: El de Pascal y el de Arquímedes. 1° El de Pascal hace que el submarino obtenga una fuerza resultante de empuje dirigida hacia la superficie; 2° El de arquimesas es usado para ascender y descender (desalojando y llenando el submarino con agua). Para así variar el empuje. 2. Explique las cond iciones que deben tenerse en cuenta para mantener un b arco flotando en equilibrio estable (un b arco que se inclina ligeramente de su posición de equilibrio vuelva a su p osición de equilibrio).
FLOTABILIDAD.- Un cuerpo que se encuentre en un fluido, ya sea flotando o sumergido, es empujado hacia arriba por una fuerza igual al peso del fluido desplazado. La fuerza boyante ( o flotante ) actúa verticalmente hacia arriba a través del centroide del volumen desplazado y se le puede definir de manera matemática mediante el principio de Arquimides, según lo presentamos a continuación: Fb = f x Vd Fb = Fuerza boyante. _f = Peso especifico del fluido. Vd = Volumen desplazado del fluido. Cuando un cuerpo flota libremente, desplaza un volumen suficiente de fluido para equilibrar justo su propio peso. El análisis de problemas que tratan sobre flotabilidad requiere la aplicación de la ecuación de equilibrio estático en la dirección vertical _Fv = 0.
ESTABILIDAD DE LOS CUERPOS EN UN FLUIDO.- Un cuerpo en un fluido es considera-
do estable si regresa a su posición original después de habérsele girado un poco alrededor de un eje horizontal. Las condiciones para la estabilidad son diferentes, dependiendo de que si el cuerpo esta completamente sumergido o se encuentra flotando. ESTABILIDAD DE CUERPOS FLOTANTES: En la parte (a) de la figura el cuerpo flotante esta en su orientación de equilibrio y el centro de gravedad (cg) se encuentra por encima del centro de flotabilidad (cb). a la recta vertical que pasa por estos dos puntos se le conoce como eje vertical del cuerpo. En la figura (b) se muestra que si se gira el cuerpo ligeramente con respecto a un eje horizontal, el centro de flotabilidad se desplaza a una nueva posición debido a que la geometria del volumen desplazado se ha modificado. La fuerza boyante y el peso ahora producen un par de rectificación que tiende a regresar al cuerpo a su orientación original. Asi pues el cuerpo es estable. Con el fin de establecer la condición de estabilidad de un cuerpo flotante definir un nuevo termino El metacentro (mc) se define como el punto de intersección del eje vertical de un cuerpo cuando se encuentra en su posición de equilibrio y la recta vertical que pasa por la nueva posición del centro de flotabilidad cuando el cuerpo es girado ligeramente. Un cuerpo flotante es estable si su centro de gravedad esta por debajo del metacentro. Es posible determinar analíticamente si un cuerpo flotante es estable, mediante el calculo de la posicion del metacentro . La distancia del metacentro al centro de flotabilidad se denota con MB y se calcula a partir de la ecuación: MB = I / Vd En esta ecuación Vd es el volumen desplazado de fluido ³ I es el mínimo momento de inercia de una sección horizontal del cuerpo, tomada en la superficie del fluido. Si la distancia MB coloca al metacentro por encima del centro de gravedad el cuerpo es estable.
3. Expliq ue la aplicación del p rincip io d e Arqu ímed es para determin ar la . densidad de cu erpos de form a arbitraria Cuando un cuerpo de masa m, volumen Vc y densidad ?c = m/Vc y forma arbitraria, se sumerge totalmente en un liquido de densidad Pl contenido en un recipiente desplazara un volumen Vl de este liquido igual al volumen del cuerpo sumergido Vl=Vc. El cuerpo sumergido experimentara una disminución aparentemente de su peso (W") cuyo valor se registrara en el dinamómetro (balanza). De la figura (1) se cumple, W" = W - E luego, E = W - W" (1) Donde: E es el empuje
W es el peso del cuerpo W" es el peso aparente del cuerpo En virtud del principio de Arquímedes " la magnitud del empuje sobre el cuerpo es igual al peso del liquido desalojado por el mismo".Se tiene, E = mL g = ?L VL g Donde: ?L es la densidad del líquido VL es el volumen del líquido desalojado mL es la masa del líquido desalojado g es la aceleración de la gravedad Igualando (1) y (2), se obtiene; ?L VL g = W-W" (3) Pero VL = Vc = m / ?C (4) Donde: Vc es el volumen del cuerpo m es la masa del cuerpo ?C es la densidad del cuerpo Reemplazando (4) en (3) y despejando ?C , se obtiene;
(5) Con esta ecuación se puede calcular tanto la densidad del cuerpo, como también inferir Si el cuerpo flotara o se hundirá.
