Laboratorio de física. Principio de Arquímedes

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE FÍSICA II CÓDIGO 21141

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PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

CANTILLO JUAN, 703202016. Ingeniería Química
CERVANTES JASER, 1002033088. Ingeniería Química
DE LA CRUZ JOSE, (1001788355). Ingeniería Química
OVALLE SEBASTIAN, (110690043). Ingeniería Química

SERPA DIEGO, (Código estudiantil). Ingeniería Química

Laboratorio de Física II, Grupo Q 1B.  Universidad Del Atlántico, Barranquilla

Profesor: SINDY MIRELLA CHAMORRO SOLANO 02-04-2023

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Resumen

En este experimento de laboratorio, se determinaron las densidades de sólidos y líquidos utilizando el Principio de Arquímedes. Se suspendieron objetos sólidos de diferentes masas en una probeta que contenía líquidos específicos (agua, aceite y gasolina según el experimento). Como resultado, se observó que cualquier cuerpo sumergido total o parcialmente experimenta una fuerza hacia arriba conocida como fuerza de empuje, que es igual al peso del volumen de líquido desplazado por dicho cuerpo.

Palabras claves: Flotabilidad, densidad, fluido, masa, empuje.

Abstract

In this laboratory experiment, the densities of solids and liquids were determined using Archimedes' Principle. Solid objects of different masses were suspended in a test tube containing specific liquids (water, oil and gasoline depending on the experiment). As a result, it was observed that any fully or partially submerged body experiences an upward force known as the buoyant force, which is equal to the weight of the volume of liquid displaced by that body.

Key words: Buoyancy, density, fluid, mass, thrust.

1. Introducción

En el laboratorio, se buscó emplear el Principio de Arquímedes para determinar las

densidades de varios líquidos. El objetivo principal fue comprender el concepto del Principio de Arquímedes y su aplicación práctica, utilizando los conocimientos previos de hidrostática. La densidad, peso específico, densidad relativa y volumen específico son propiedades importantes de un líquido.

Al sumergir un objeto en un líquido, su peso aparenta disminuir debido a la fuerza de empuje que experimenta el objeto, que se opone a su movimiento. Esto se debe al Principio de Arquímedes, que establece que un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje igual al peso del volumen de fluido desplazado.

2. Fundamentos Teóricos

El principio de Arquímedes establece que cualquier objeto sumergido en un fluido experimentará una fuerza ascendente igual al peso del fluido desplazado por ese objeto. Esta fuerza es conocida como la fuerza de empuje y actúa hacia arriba, opuesta a la fuerza gravitatoria que tira el objeto hacia abajo. Esto es debido a que cualquier cuerpo dentro de un fluido sufre una fuerza con la misma dirección y sentido contrario a su peso.[pic 3]

Esa fuerza, denominada fuerza de empuje está dada por:

  (1)[pic 4]

Donde:

- Es el peso del fluido que se desplaza al sumergir un cuerpo en él.[pic 5]

-E es la fuerza de empuje que sufre el cuerpo sumergido.

-m es la masa del fluido desplazado.

- es la densidad del fluido.[pic 6]

-V es el volumen del fluido desalojado.

-g es la gravedad.

Imagen (1). Principio de Arquímedes

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De esta forma, el peso del cuerpo dentro del fluido (peso aparente) será igual al peso real que tenía fuera de él (peso real) menos el peso del fluido que desplaza al sumergirse (peso del fluido o fuerza de empuje) lo cual se representa matemáticamente de la siguiente forma:[pic 8]

  (2)[pic 9]

Arquímedes descubrió este principio en el siglo III a.C. Cuando se sumergió en una bañera y observó que el agua que desplazaba era igual a su propio volumen. Este hallazgo le permitió resolver una difícil tarea: descubrir si un orfebre había engañado al rey Hierón II de Siracusa, creando una corona de oro puro o si había añadido alguna otra aleación menos valiosa. Arquímedes sumergió la corona en agua y midió el volumen del agua desplazada. Luego, comparó ese volumen con el oro puro del mismo peso y determinó si la corona tenía una densidad menor, lo que confirmaría que había sido adulterada.

El principio de Arquímedes se utiliza en muchos campos, desde la ingeniería naval y aeronáutica hasta la química y la biología. En la ingeniería naval, por ejemplo, se aplica para determinar la estabilidad y el desplazamiento requerido de un barco. En la aeronáutica, se utiliza para diseñar aviones y cohetes. En química, se utiliza para medir la densidad y la pureza de una sustancia, mientras que en biología, se utiliza para explicar cómo flotan los animales acuáticos y cómo funcionan las vejigas natatorias de los peces.

3. Materiales

● Cuerpos metálicos de diferentes masa

● Hilo

● Dinamómetro

● Soporte universal, pinza

● Probeta

● Agua

● Gasolina

● Aceite

4. Desarrollo experimental

En primera instancia, se realizó el montaje del equipo colocando sobre el soporte universal un dinamómetro para medir el peso de los cuerpos. En la parte de abajo, junto al soporte, se colocó la probeta llena de gasolina en dirección al dinamómetro. Se ató un extremo de un hilo al dinamómetro y en el otro extremo se ató el cuerpo. El peso de este cuerpo sólido se determinó tanto fuera como dentro del líquido. Primero, se determinó el peso del cuerpo en el aire. Después, se introdujo el cuerpo en el líquido y se anotó el peso del cuerpo. Y, por último, comprobó que el peso del cuerpo sumergido es menor que el peso del cuerpo en el aire. Este procedimiento se realizó con sólidos de distinta masa y mismo material para distintos fluidos (Gasolina, agua, aceite) Finalmente, se comprobó cómo el cuerpo sumergido en el líquido experimenta una pérdida aparente de peso que es igual al peso del volumen del líquido desalojado.

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