practica de física 2 (principio de arquímedes)

1

Informe de Laboratorio (Física II)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE

INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y CIVIL ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

Laboratorio N: !

ASIGNATURA

: FS "!#

%$ALUMNOS

: PUJAICO HUAUYA, Riv Kony : VALDEZ BERMUDO, Jhonatan

DIA Y HORA DE PRACTICA

: &'()* + - A.M.

PROFESOR

: /&)0)r 1a(a23a

FECHA DE ENTREGA

: 4 5) o6t'br) 5)& !-

AYACUCH YACUCH !"##$ !-  I

PRINCIPIO DE ARQUIMIDES I. Objetivos 1. Estudi Estudiar ar el prin principi cipio o de Arquí Arquímed medes es

Principio de Arquimedes |

"

Informe de Laboratorio (Física II) II.

Fundamento teório

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 la figuras 1. El estudio de las fuer!as 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.

Porión de !"uido en e#ui"ibrio on e" resto de" !"uido. #onsideremos$ en primer lugar$ las fuer!as sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuer!a 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. %uesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio $ la resultante de las fuer!as 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. &e este modo$ para una porción de fluido en equilibrio con el resto$ se cumple Empuje=peso= f ·gV El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V .

 f

por la

#uando un cuerpo est' parcialmente o totalmente sumergido en el fluido que le rodea$ una fuer!a de empuje act(a sobre el cuerpo. &icha fuer!a tiene dirección hacia arriba y su magnitud es igual al peso del fluido que ha sido desalojado por el cuerpo.


%


Fuer$as sobre e" b"o#ue 1. #uando  <1 o bien situación de equilibrio.

s)  f $

el cuerpo permanece parcialmente sumergido en la

". #uando  >1 o bien s*  f $ el peso es siempre mayor que el empuje$ la fuer!a neta que act(a sobre el bloque es F y=-sShg+ f Shg<+. ,o existe por tanto$ posición de equilibrio$ el bloque cae hasta que llega al fondo del recipiente que supondremos muy grande. -. #uando  =1 o bien s  f $ El peso es mayor que el empuje mientras el bloque est' parcialmente sumergido / x
III. Materia"es 1. aso comunicantes ". #ilindro met'lico -. &inamómetro 2. 3egla graduada 4. %robeta graduada 5. Agua$ aceite I%. Proedimiento a. Prini&io de Ar#u'medes ! 6nstalar el sistema de la figura 1. ! 7ida$ con el dinamómetro$ el peso del cilindro en el aire/80 ! 6ntrodu!ca el cilindro$ 1cm/y0 y determine la lectura del dinamómetro/890 ! 3epita el paso anterior$ para "$-$2$4$5$:$;$< y 1+cm anote sus resultados en la =.6.


&


b. Paradoja. ! #oloque sobre una balan!a$ un recipiente con agua. &etermine la lectura de la balan!a. Luego coloque un objeto que flota en el recipiente$ determine la lectura de la balan!a en estas condiciones. 7ida por separado la masa del objeto y comp'relo con la diferencia de la lectura de la balan!a. ! 3epita lo anterior$ colocando en el recipiente un objeto met' lico pero suspendido de una cuerda. 7ida su di'metro y altura para determinar el volumen del cilindro. %. Resu"tados A. Prini&io de Ar#u'medes

objeto de meta" Peso

1$-,

A"tura

+$+44m

Radio

+$+1524m

%o"umen

+$++++25:m -

(. De "a "os de "a ).I* +a""e " e" em&uje en ada aso.


'


!

=oda cuerpo sumergido /total o parcialmente0 en un liquido recibe una fuer!a de abajo hacia arriba. Esta fuer!a se llama empuje hidrost'tico/E0 ! Em&uje empuje es la resultante de todas las fuer!as que un líquido aplica a un cuerpo sumergido. ! >i un cuerpo esta sumergido parcial o totalmente en un liquido$ la fuer!a de empuje que el fluido le aplica es igual al peso del volumen de liquido despla!ad - Empuje=peso= f ·gV ! El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido ρ f por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción

7"N%83)*o 5)& ob9)to

7"N%83)*o ob9)to )( &i;'i5o

$,@ $,@ $,@ $,@ $,@ $,@

1"& 11& 1#, #$* #$ #*"

5)& <"2%8a&t'ra E"N%8>')r?a )& 5)& 0o&'2)( 5) )23'9) *'2)r=i5o ##1 ##" ##% ##& ##' ##''

#####* ####1+ ####"' ####%% ####&" ####&'

,. -aa "a ra!ia /01 versus E 0 determine "a !ormu"a em&'ria de "a ra!ia. #on los datos tomados en la primera experiencia se observo que en la grafica altura vs empuje es lineal hasta la altura +.+44m ya que este dato es la altura del objeto de metal y con los datos siguientes la grafica representa solo una función constante %or tanto se tuvo que hacer dos graficas una de función lineal y una de función constante

=ra6a"$%: Y 0* E # f(-) . ##1- / # 0 . 1

# #

EMPU1E EN NE7TON # # # #

##1

##"

##%

##&

##'

##,

ALTURA SUMERGIDA EN METROS

!

?allando por mínimos cuadrados para comprobar la ecuación


,

Informe de Laboratorio (Física II) Eje 23a"tura de vo". Sumerido

4,

Eje 03em&uje

20

5*5( 5*5, 5*56 5*57 5*58 5*588 x =¿

+$+++1 +$+++2 +$+++< +$++15 +$++"4 +$++-+

+$++++; +$+++1: +$+++"4 +$+++-+$+++2" +$+++24

2

y =¿

+$++++++; +$+++++-2 +$+++++:4 +$++++1-" +$++++"1 +$++++"4 xy =¿ ¿ +$++++

∑¿

=¿ ∑ ¿ +$++12

x

5*567

∑¿ -

+$+++

∑

1"

b

m y

?allamos

∑ y ∑ x − ∑ x∑ xy m = n∑ xy − ∑ x∑ y b= n∑ x " − /∑ x0 " n∑ x " − /∑ x0 " "

m = +.++;4 m

b=

(

=

(

)−0.034 ( 0.0003 ) 6 ( 0.0014 ) − 0.034

6 0.000012

2

)−0.034 ( 0.000012 ) 6 ( 0.0014 ) −0.034

0.0003 0.0014

2

b = 1E − 5 y = mx + b

Entonces y = +.++; x − 1E − 5

%or lo tanto la ecuación lineal


+


:/N13&eso objeto (.6 (.6

de" :;/N13&eso objeto en "i#uido +.;" +.;"

de" 0/m13a"tura e" vo"umen sumerido +.44 +.+5

de" E/N13!uer$a em&uje

de

+.+++2; +.+++2;

(.6

+.;"

+.+:

+.+++2;

(.6

+.;"

+.+;

+.+++2;

=ra6a"!%: Y 0* E # # #

EMPU1E EN NE7TON

# # # ##' ##, ##, ##+ ##+ ##* ##* ##$

ALTURA SUMERGIDA EN METROS

6. -a""e "a densidad de" aua 0 su &orentaje de error

!

7. Cometarios9 @n pe! se estabili!a a un a cierta profundidad en el mar$ cuando el empuje /fuer!a de flotación0 del agua equivale al peso de flotación E8


*


<. Paradojas

vaso on aua

1"4$1g

masa

objeto de madera masa

14$22g

a"tura

+.+-4m

di=metro

+.+"4m

Radio

+.+1"4m

vo"umen

+.++++1:m-

objeto de meta" Masa

1++$2
a"tura

+.+""4m

di=metro

+.+""4m

radio

+.+11"4m

vo"umen

+.+++++;
(. E2&"i#ue a&ro&iadamente "os e2&erimentos observados. -aa ="u"os neesarios on "os datos obtenidas &ara justi!iar su res&uesta. %rimeramente en esta segunda experiencia trataremos de la paradoja en la cual se vio que un cuerpo al ser pesado en el vacio como la madera y el metal nos da su peso real pero que al ser sumergido en un fluido y ala ve! pesados nos resulta de que la fuer!a de empuje ejercida por el liquido hace de que el peso del cuerpo vari y obtenindose el peso aparente

N > (

objetos

vaso

B

objeto

de

suma &ratia

suma teória

12+$2:g

12+$42g

Di!ereni a +.+:g


$

Informe de Laboratorio (Física II) madera vaso B objeto de metal suspendido de una cuerda

,

1-5$5
""4$4
;;.
El empuje reali!ado por el liquido es 



Para "a madera

8aparente  8real C E +.14+5"5 ,  +.141-1" , C E E  +.++1- ,



Para e" meta"

8aparente  8real C E +.11-4;"  +.<;2;" C E E  +.;:1"-; ,

,. Comentario9 En el aire$ las piedras grandes son tan pesadas que en hombre no puede levantarlasD dentro del agua podemos levantar grandes piedras porque parecen mas livianas. La disminución aparente de peso$ de los objetos dentro del agua$ se debe al empuje o fuer!a de flotación del agua. %I. Cuestionario (. Dos vasos de vidrio &ara beber* on &esos iua"es &ero di!erentes !ormas 0 di!erentes =reas de seión transversa" se ""enan on auan +asta e" mismo nive". Como es "a &resión en e" !ondo de "os vasos? En vista de "o anterior @Por #u uno &esa mas#ue e" otro?

La presión en el fondo de los vasos son iguales debido a que la presión en un liquido depende de la altura y como ambos son llenados a una misma altura con un mismo liquido entonces diremos que las presiones son iguales los pesos son diferentes debido a que como hay diferente 'reas uno ser' mayor que otro y el recipiente con mayor 'rea habr' mayor fuer!a ejercida por el aire que en el menor y por lo tanto pesara mas que el otro pero ello no significa que halla mayor presión $ al contrario en el recipiente de menor area habr' mayor presión que en el de menor 'rea ale decir tambin mayor volumen mayor peso ya que las secciones transversales

son

diferentes.

,. Puede a&"astar un "ata va'a on aire? E2&"ia omo.


1#

Informe de Laboratorio (Física II) Esta pregunta es muy ambigua ya que puede significar tres cosas %rimero se puede aplastar un lata vacía ósea sin contenido solido o liquido solo con contenido de aire seria f'cil agarramos una comba y al romperse se aplastara. >egundo se puede aplastar un lata vacía ósea sin contenido solido o liquido solo con contenido de aire y solo con aire si claro esto puede ocurrir dentro de un submarino a grades profundidades del mar ya que a mayor profundidad la presión ser' mayor y la lata se aplastara. tercero se puede aplastar una lata vacía sin contenido de solido ni de aire con aire entonces la lata se aplastar con aire ósea con la presión atmosfrica ya que no hay fuer!a que equilibren porque esta vacía el ejemplo que a continuación mostramos nos hace entender mejor este caso.

1 A la lata suave /sin refresco0 le pondremos un chorrito de agua.

" >ostenindola con las pin!as y con la boquilla hacia arriba$ la calentamos en el fuego. &espus de un rato se observar' vapor de agua. >e ha formado una nube dentro de la lata. - En un recipiente con agua a temperatura ambiente$ colocaremos r'pidamente la lata con la boquilla hacia abajo.

2 Así se conseguir' que comience a llover por dentro. &e inmediato la lata se colapsar'.


11

Informe de Laboratorio (Física II) Al llover dentro de la lata$ sta se encuentra totalmente vacía$ puesto que el aire se escapó cuando se formó la nube de agua$ y sta se condensó al enfriarse. a no existe aire$ ni vapor de agua dentro de la lataD nada$ est' vacía. %ero sabemos que no es este vacío el que la colapsa$ sino la presión por el peso del aire que se encuentra por fuera.

6.

Por#ue es neesario +aer dos ori!iios a una "ata de "e+e &ara #ue "a "e+e sa"a on !ai"idad? •

Es necesaria la apertura de los dos agujeros para que entre el aire y no se

•

forme un vacío que impida el flujo del líquido. %or ejemplo un tubo o un pitillo para que pueda salir el liquido debe de estar destapado por los dos extremos porque si se acumula todo en uno e impide la entrada de aire se impide a su ve! la sustitución de una masa que sustituya el espacio a formarse. &e forma m's resumida$ por un agujero sale el líquido$ por el otro entra

•

el aire. >ino se hace esto o el agujero debe de ser lo suficientemente grande para permitir la entrada de aire y la salida de un liquido /cualquier otro empaque de liquido suele ser así0 o la salida del liquido debe ser mediada por una bomba de succión$ pero no ser' tan eficiente que como si se permitiera la entrada de aire.

%II.

Con"usiones

•

Llegamos ala conclusión d que el fuer!a de empuje depende del volumen sumergido y que esta fuer!a es la que provoca de que los cuerpos floten

•

%odemos llegar tambin ala conclusión de que el peso aparente es la diferencia entre el peso real de un cuerpo /peso medido en el vacio0y el empuje del fluido en el que se encuentra el cuerpo $ pues cuando un cuerpo se encuentra sumergido en un fluido su peso disminuye aparentemente como muestran las marcas de la balan!a >e pudo desarrollar un concepto mas claro$ avan!ado y específico del que se tenía con base en los fundamentos teóricos$ partiendo de la pr'ctica reali!ada.

•


1"


•

>e estimuló un inters apropiado hacia el campo de la física$ a partir de la pr'ctica hecha$ teniendo en cuenta$ que dicha actividad nos servir' para un futuro cercano$ aplic'ndola a nuestra vida o con un determinado fin.

•

• • •

%III. 6#A %A3A #6E,#6A> E 6,GE,6E36A C >erHay . jeHett F6>6#A GE,E3AL C Iorge 7endo!a &ueJas ?6&3KE>=A=6#A  Alejandro era L'!aro


practica de física 2 (principio de arquímedes)

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