UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DE LIMA SUR (UNTELS) LABORATORIO LABORATORIO DE FÍSICA II INFORME DE PRÁCTICA CARRERA: INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA TÍTULO: HIDROSTÁTICA ALUMNO(S): CARDENAS ISIDRO BRYAN JUEL CCOYO MUÑOZ ROGER ESPINOZA CHOQUE NILTON FALCON CARRILLO ROGER HUALLPA DE LA CRUZ MICHEL PALACIOS ANAMPA MARCO HORARIO DE PRÁCTICAS DÍA: 19 DE JUNIO HORA: 8:00 AM FECHA DE REALIZACIÓN DE LA PRACTICA: 11 DE JUNIO FECHA DE ENTREGA DEL INFORME:19 DE JUNIO LIMA-PERU
FÍSICA II Sobre la calificación del Informe
El informe tiene cinco rubros generales: Presentación: Sobre la presentación del informe (formato establecido) ................................................. (2,0 puntos) Marco Teórico: Objetivos y fundamento teórico (y bibliografía) ............................................................... (1,5 puntos) Procedimiento experimental: Materiales y procedimiento experimental ................................................ (1,5 puntos) Análisis de resultados: Datos experimentales y análisis de datos .......................................................... (5,0 puntos) Conclusiones: Conclusiones y sugerencias ............................................................................................. (3,0 puntos)
DATOS GENERALES DE LOS PARTICIPANTES Y PARTICIPACIÓN Responsable del equipo de laboratorio: P alacios Anampa, Marco
Integrantes del equipo: Integrante Nº1: Cardenas Isidro, Bryan Juel Integrante Nº2: Ccoyo Muñoz, Roger Integrante N°3: Espinoza Chique, Nilton Integrante Nº4: Falcon Carrillo, Roger Integrante Nº5: Huallpa de la Cruz, Maicol Integrantes N°6: Palácios Anampa Marco
Título del laboratorio: H idrostática
1. MARCO TEÓRICO 1.1. Objetivos generales
Evaluar experimentalmente la paradoja hidrostática.
Evaluar la variación de la presión con la profundidad en un líquido.
Estudiar el principio de Arquímedes.
1.2. Fundamento teórico
1.2.1.
Presión Fuerza normal por unidad de área aplicada sobre una superficie.
1.2.2.
Presión hidrostática La presión hidrostática es aquella generada por un fluido en reposo, al contrario que la presión de un fluido en movimiento, llamada presión hidrodinámica. Se trata de una propiedad de suma importancia en el mundo, ya que una gran parte de la tierra está conformada de materia en estado líquido. Esta presión existe debido al peso que posee un fluido en reposo. Un fluido cualquiera ubicado en un recipiente genera presión sobre el fondo y los bordes que lo contienen.
1.2.3.
Presión atmosférica Presión ejercida sobre la superficie terrestre por la masa de aire que se encuentra sobre la tierra.
1.2.4.
Paradoja Hidrostática La presión es un fluido estático al mismo nivel (a la misma altura) es siempre la misma.
1.2.5.
Manómetro Instrumento que consta de un tubo en forma de U, utilizado para medir cambios de presión en un fluido.
1.2.6.
Variación de la presión con la profundidad La presión entre dos puntos de un fluido separados por una profundidad h se relaciona por:
1.2.7.
Principio de Arquímedes Todo fluido en reposo ejerce una fuerza ascensional llamada empuje hidrostático sobre cualquier cuerpo sumergido en ella, que es igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo.
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 2.1. Equipo y materiales
Un soporte universal Vaso de Precipitado (250 ml, 100ml) Barra (Fe, Al, madera) Platillo con pesas (150g) Dos Nuez doble Dinamómetro (2N) Cinta métrica (2m) Barra metálica y soporte de dinamómetro Dos Campanas de vidrio Bola y tapón de goma Tubo de vidrio (8 cm y 25 cm) Juego de sondas para presión hidrostática Soporte de tubos Tubo de expansión Jeringa de 20 ml
2.2. Procedimiento experimental
Parte I 1.
En los extremos de un pequeño tubo de silicona colocamos dos campanas de vidrio.
2.
Luego en las uniones lo insertamos a un pequeño adaptador que presenta un diámetro similar al extremo pequeño de la campana.
3.
Colocamos el equipo en el soporte universal y obser vamos el nivel del agua en las campanas (ver figura 1).
4.
Luego quitamos una de las campanas y lo colocamos en diferentes posiciones y luego observar en cada caso los niveles de agua en las campanas (como se ve en las figuras 2 y 3).
Figura 1
5.
Figura 2
Reemplace una de las campanas con un tubito de vidrio y observe los niveles de agua (como se muestran en las figuras 4,5 y 6).
Figura 4
Figura 5
Figura 6
Parte II 1. Instale el manómetro en U en el adaptador, 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 envase de precipitado y sumerja la sonda en el envase. 2. Utilice la sonda en forma de gancho para medir hacia abajo (sumerge 5 cm y realizar las medidas 3 veces). 3. Ahora utilice la sonda en ángulo recto para medir la presión hacia los lados (sumerge 5 cm y realizar las medidas 3 veces). 4. Luego utilice la sonda recta para medir la presión hacia arriba (sumerge 5 cm y realizar las medidas 3 veces).
5. Y por último para evaluar la variación de presión con la profundidad, sumerge la sonda 10 cm.
Parte III: Principio de Arquímedes 1.
Llena aproximadamente
3 4
del vaso
precipitado con agua, cuidadosamente coloque la barra de aluminio, madera, tapón de goma y la bola de goma. Observa cuales flotan y cuales se hunden
2. Llene con agua el vaso de expansión, justo hasta que rebase sobre el vaso de precipitado, espere que deje de gotear. Luego seque con cuidado el vaso de precipitado y mida la masa del vaso de precipitado.
3. Determine con el dinamómetro el peso en el aire de las masas de 50,100 y 150 gramos. luego sumerge completamente cada masa y usando el dinamómetro mida el peso en el agua de las masas y también mida la masa del agua desplazada generada por sumergir las masas en el vaso de expansión.
3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS 3.1. Experimento N°1 manómetro Hacia abajo Hacia arriba Sobre los lados
3.6 2.2 2
▲l(cm) 3.7 2.15 2.4
3.7 1.9 2.4
¿Qué ocurre con los niveles de agua en los pasos 1
▲lprom(cm) 3.67 2.08 2.267
pH (Pa) 359.66 203.84 222.166
y 2? Explique.
En el paso 1 se observa dos campanas de vidrio en los extremos de una manguera pequeña, se llenó con agua las dos campanas hasta la mitad, en el paso 2 una de las campanas se coloca e n diferentes posiciones tratando de observar que es lo que sucede, y se llegó a ver que los niveles de agua no cambiaban, dicho esto se puede corroborar dado que la presión en la s uperficie del líquido de ambas campanas es igual a la presión atmosférica.
¿Qué ocurre con los niveles de agua cuando se cambian una de las campanas por el tubo? Explique. Al momento de quitar una de las campanas y reemplazarlo por un tubo se observó que los niveles de agua se mantenían, de la misma manera que la campana se colocó en diferentes posiciones para ver si el nivel del agua cambiaba y se dio con la sorpresa de que no cambiaba.
De acuerdo a la parte 2 del procedimiento. A la misma profundidad ¿difieren las presiones hacia abajo, hacia arriba y hacia los lados?
Se coloca a diez centímetros del nivel de agua la sonda en forma de gancho, ángulo recto y la recta, para medir las presiones hacia abajo, hacia los lados y hacia arriba respectivamente mediante los cálculos se determinó que presentan distintas presiones.
3.2. Experimento N°2 h (cm) P (Pa)
1 2 1209
2 3.6 1365.8
3 5 1503
Grafica P en función de h
Explicación de la constante del ajuste de curvas
4 6.5 1650
5 8 1797
6 9.5 1944
7 10 1993
El ajuste de curva, consiste en encontrar una curva que contenga una serie de puntos y que posiblemente cumpla una serie de condición. Esta línea es una introducción tanto a la interpolación (cuando se espera un ajuste exacto a determinadas condiciones) como al ajuste de la curva.
Explicación de la pendiente del ajuste de curvas La pendiente de la ajuste de curva, es una representación rectangular que suele estar representada por la letra m, está definida como la diferencia en el eje de la presión dividido por la diferencia en el eje de la altura para dos puntos distintos en la gráfica p(Pa) vs h(m).
De qué cantidades físicas depende la flotabilidad de los cuerpos La cantidad física de que depende la flotabilidad de los cuerpos es la densidad. Si la densidad de un cuerpo es menor que la densidad del agua entonces el cuerpo flotará, pero si la densidad del cuerpo es mayor que la del agua se hundirá. Pero ¿Qué es la densidad?
La densidad es una medida utilizada por la física y la química para determinar la cantidad de masa contenida dentro de un determinado volumen. La ciencia establece dos tipos de densidades. La densidad absoluta o real que mide la masa por unidad de volumen, y es la que generalmente se entiende por densidad. Por otro lado, también existe la densidad relativa o gravedad específica que compara la densidad de una sustancia con la del agua; está definida como el peso unitario del material dividido
por el peso unitario del agua destilada a 4°C. A la hora de calcular la densidad, se da por hecho que es la densidad absoluta o real, la densidad relativa solo se utiliza cuando se pide expresamente.
3.3. Experimento N°3 Masa (g) 50 100 150
Peso (N) 0.49 0.98 1.47
P. Aparente (N) 0.4 0.81 1.22
Empuje (N) 0.09 0.17 0.25
P. de Agua desplazada (N) 0.1862 0.196 0.294
Cálculo del peso del agua desplazada Al momento de introducir la masa de 50gr al recipiente con agua, este incrementa un volumen el cual es arrojado por la parte superior del recipiente a otro recipiente más pequeño, el volumen trasladado, es igual al volumen de la masa introducida. Dado esto se puede calcular fácilmente el peso, sabiendo el volumen desalojado del agua y la gravedad (g=9.81m/s2). D=M/V
M=DxV
Resultados obtenidos para el empuje y el peso del agua desplazada en cada caso.
Caso 1:
Caso 2:
Caso 3:
Funcionamiento de un submarino Para conocer cómo funciona un submarino en primer lugar, se necesita una comprensión básica del principio de Arquímedes. Este principio establece que la magnitud de la fuerza de flotación siempre es igual al peso del fluido desplazado por el objeto. La fuerza de empuje es la fuerza ejercida por el agua sobre cualquier objeto sumergido, como un submarino. Lo que esto significa es que para que el submarino pueda flotar, la fuerza de flotación tiene que ser igual al peso del submarino. En otras palabras, la densidad del submarino tiene que ser igual a la densidad del agua a su alrededor para que flote. Se tiene que ser capaz de controlar la densidad del submarino para que pueda emerger y sumergirse a voluntad. Con un conocimiento básico de la fuerza de flotación, podemos discutir cómo un submarino controla su densidad. Esto se hace con tanques en el exterior del submarino llamado tanques de lastre. Cuando el submarino está en la superficie, los tanques de lastre se llenan de aire, por lo que la densidad global es menor que la del agua circundante. En una situación de inmersión, los tanques de lastre se inundan con agua y el aire se ventila al exterior haciendo que la densidad total sea mayor a la del agua y causando que el submarino tienda a hundirse. Los tanques de lastre están abiertos para que el agua salga todo el tiempo, pero cuando los orificios de ventilación están cerrados no pueden entrar agua porque el aire no puede salir. Ya hemos hablado de la parte más fácil de este tema, el buceo. Ahora que el sub está bajo el agua, sin embargo, ¿cómo hacer que vuelva a la superficie? En realidad, esto no es tan difícil como parece. Cuando un submarino necesita ir a la superficie, necesita disminuir su densidad de modo que la fuerza de flotación que empuja hacia arriba sea mayor que el peso que tira hacia abajo. Esto se da con el cierre de las rejillas de ventilación y bombeo de aire comprimido en los tanques de lastre con el fin de forzar el agua a salir
Condiciones que deben tenerse en cuenta para mantener un barco flotando en equilibrio estable. Un factor clave que influye para que un barco flote y alcance el equilibrio estable sobre el agua es la densidad que es la cantidad de materia que existe por unidad de volumen, y todo se encuentra explicado bajo el ¨ principio de Arquímedes¨. Este dice que todo objeto sumergido en un fluido (líquidos o gases) experimentara una fuerza de empuje (hacia arriba) igual al volumen del líquido desplazado. Un ejemplo claro es si sumergimos una esfera de 1 3 , este se hundiría, dado que la fuerza de empuje es insuficiente para mantenerlo a flote. Pero si con ese mismo metro cúbico de hierro construimos una esfera hueca, su volumen será mucho mayor que el de la esfera sólida, y con la ayuda del empuje del agua hacia arriba (Principio de Arquímedes), ésta flotará. Por esa razón el diseño del barco es fundamental ya que esto afirma el enunciado que un objeto que está hueco tiene poca densidad, porque en su mayoría está lleno de aire. Con el barco ocurre lo mismo, aunque sea de hierro flota en el agua a causa del aire que tiene dentro. En el caso de que se le haga un agujero en el casco, el agua entrará expulsando el aire hacia fuera, entonces la densidad de barco será mayor que la del agua y el barco se hundirá. Para dar mejor a entender del cómo es aplicado el principio de Arquímedes en un barco, bueno cuando sumergimos un barco en el agua, éste desaloja una parte del volumen que antes ocupaba el fluido, empujándolo hacia fuera. Como consecuencia, el agua empuja al barco en todas las
direcciones y perpendicular al casco, hacia es decir, existe una fuerza que empuja al barco de abajo hacia arriba haciéndolo flotar.
dentro;
Determinación de la densidad por el principio de Arquímedes
Se pesa un vaso de precipitados (en su lugar puede usarse un recipiente plástico) parcialmente lleno con agua, luego se ata un sólido de densidad conocida con un hilo delgado y se s uspende en el Baker con el líquido tal como se indicó; procurar que el sólido no toq ue las paredes del vaso. Se obtiene el peso del sistema y se anota su peso co mo w. Determinación de la densidad por el método de la probeta: Se pesa la probeta vacía y seca y enseguida se llena con V = 5.00mL de agua, luego se pesa todo el conjunto y la diferencia corresponde a la masa del líquido.
4. CONCLUSIONES 4.1. Conclusiones y recomendaciones
4.1.1. Conclusiones
Se analizaron los resultados obtenidos en la práctica para luego comprobar el principio de Arquímedes. Se comprobó que el empuje no depende del material sumergido sino de las presiones que ejerce el fluido sobre el volumen sumergido del objeto. Se pudo observar que hay un margen de error con el empuje.
4.1.2. Recomendaciones
Para poder medir el peso real con el dinamómetro ver que el objeto este completamente suspendido en el aire. Tener conocimientos previos sobre el tema para hacer bien los cálculos como la presión, empuje etc. Tener mucho cuidado al momento de manipular los materiales ya que algunos son de vidrio como la probeta. Verificar que el dinamómetro este en buen funcionamiento. Sumergir completamente en el líquido el material para saber cuánto es el volumen desalojado.
5. BIBLIOGRAFÍA:
https://www.youtube.com/watch?v=SNlkow9kpwg https://fisica.laguia2000.com/conceptos-basicos/hidrostatica-principio-de-arquimedesempuje
https://www.youtube.com/watch?v=GwL_BxenzvM http://www.monografias.com/trabajos35/hidrostatica-hidrodinamica/hidrostaticahidrodinamica.shtml
https://www.youtube.com/watch?v=f-ZUuz_tZ3o
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/paradoja/paradoja.htm
http://discoverarmfield.com/es/products/view/f1-12/presion-hidrostatica
https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes
https://www.fundacionaquae.org/wiki-aquae/historia-del-agua/el-principio-de-arquimedes/
http://www.ejemplode.com/37-fisica/4921-ejemplo_de_presion_hidrostatica.html
https://semillasdelaciencia.weebly.com/presioacuten-hidrostaacutetica.html
