Laboratorio de Física Calor-Ondas

Departamento de Física© Ciencias BásicasUniversidad del Norte – Colombia Agosto 8, 2009

Código: FIS-1043-10

Laboratorio de Física Calor-Ondas

Experiencia: PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Claudia Marcela García Pertuz Kerim Muvdi Muvdi

Email: garciacm@uninorte.edu.co Email: jrmuvdi@uninorte.edu.co

Ingeniería Industrial Ingenieria Industrial

Abstract

This first physical experiment search to verify the principle of Archimedes, using common objects, as well as laboratory resources like the sensor of force and the interface. The collection of data and detailed observation of each step, allowing a practical understanding of the phenomenon to study. When an object is submerged in water, this presents an upward push force exerted by the liquid.

Resumen

Esta primera experiencia física busca comprobar el Principio de Arquímedes, utilizando objetos comunes, además de recursos de laboratorio como lo son el sensor de fuerza y la interface. La toma de datos y observación detallada de cada paso, permiten de una manera práctica entender el fenómeno a estudiar. Al sumergir un objeto en el agua, este presenta una fuerza de empuje hacia arriba ejercida por el líquido.

INTRODUCCIÓN

Dentro del estudio de los fluidos, se debe conocer no solo su concepto, sino también aquellos fenómenos o comportamientos que los describen. Para hacer esta práctica, ya anteriormente debíamos reconocer sus propiedades y el concepto general del Principio de Arquímedes. La experiencia se basó en varias tomas de datos, trabajando con objetos de materiales distintos. El fin era obtener la densidad y el volumen de dichos cuerpos, utilizando como referencia sus pesos en el aire y dentro del fluido.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Conocer la aplicación física del Principio de Arquímedes.

OBEJETIVOS ESPECÍFICOS:

Determinar la densidad y el volumen de los cuerpos utilizados para el experimento.

Comprender los efectos de la profundidad del líquido sobre un sólido.

Encontrar las ecuaciones de equilibrio, de acuerdo a los diagramas de fuerza, según la situación.

MARCO TEÓRICO

La flotación es un fenómeno muy conocido: un cuerpo sumergido en agua parece pesar menos que en el aire. Si el cuerpo es menos denso que el fluido, entonces flota.

El principio de Arquímedes establece que: Si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, éste ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo.

Todo el fluido está en equilibrio, así que la suma de todas las componentes y de fuerza sobre esta porción de fluido es cero. Por tanto, la suma de todas las componentes y de las fuerzas de superficie debe ser una fuerza hacia arriba de igual magnitud que el pego mg del fluido dentro de la superficie. Además, la suma de los momentos de torsión sobre la porción del fluido debe ser cero, así que la línea de acción de la componente y resultante de las fuerzas superficiales debe pasar por el centro de gravedad de esta porción de fluido.

Esta fuerza se mide en Newtons (en el SI) y su ecuación se describe como:

Fy = mg = ρfVg

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Caso 1:

Primero que todo se hizo el montaje del experimento a realizar.

119380109220

Se programó la interface, con el programa Data Studio.

En el sensor de fuerza, se colgó el cilindro de aluminio.

4057015-35560Luego, se llenó el beaker de agua, con un volumen de 500 milímetros aproximadamente.

Y finalmente, sumergimos el cilindro de aluminio en el fluido. Lo hicimos de manera total, y tocando el fondo del recipiente.

Tomamos los valores correspondientes, y realizamos el diagrama de fuerzas.

Caso 2:

Se realizó nuevamente el montaje del experimento a seguir.

119380158115

Reiniciamos el sensor de fuerza, para evitar tomar datos erróneos.

En el sensor de fuerza, colgamos el bloque de madera.

Tomamos los datos respectivos.

3162935111760Luego, colgamos además del bloque de madera, una plomada en su parte inferior. Eso para lograr que se hunda.

Lo sumergimos en un beaker lleno de agua.

Anotamos los datos arrojados.

Luego, quitamos el bloque de madera, y dejamos solo la plomada colgada del sensor de fuerza.

Por último, sumergimos la plomada en el agua.

Tomamos los datos requeridos.

DATOS OBTENIDOS

Caso 1:

Peso aparente / NEn el aireSumergido totalmente en aguaSumergido tocando fondoObjeto de aluminio 1,95 N1,21 N1,04 N

Aire Agua

1) 2) T2

T1 E

W W

1) T1 – W = 0 2)E + T2 - W= 0

T1 – mg = 0 ρLVog + T2 – ρoVog = 0

T1 – ρoVo = 0

Según ecuación y gráfica 2):

E = W – T2

E = 1,95N – 1,21N

ρLVog = 0,74N

Vo = 0,74N .

(1000Kg/m³)(9,8m/s²)

Vo = 0,74 = 7,33x10-5 m³

9800

Volumen Del Objeto De Aluminio: 7,33x10-5 m³

Según ecuación y gráfica 1):

T1 – W = 0

T1 – ρoVog = 0

ρo = T1 .

Vog

ρo = 1,95N .

(7,33x10-5 m³)(9,8m/s²)

ρo = 1,95N

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