Laboratorio fuerza de empuje

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE[pic 1]

Facultad De Ciencias Básicas

Departamento De Física

Laboratorio de física II

12 junio de 2017

FUERZA DE EMPUJE

J.A. Calvache1, J.A. Murillo2, A.J. Paredes3, B.G. Ramirez4

1Ing.Ambiental, Facultad de ingeniería, Universidad Autónoma de Occidente, Cali Colombia

2 Ing. Mecatrónica, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Occidente, Cali Colombia

3Ing.Ambiental, Facultad de ingeniería, Universidad Autónoma de Occidente, Cali Colombia

4Ing. Industrial, Facultad de ingeniería, Universidad Autónoma de Occidente, Cali Colombia

RESUMEN

Se analizó la fuerza de empuje que ejerce un fluido hacia un objeto a partir del principio de Arquímedes, que establece que si un cuerpo esta parcial o totalmente sumergido en X fluido, ya sea liquido o gaseoso, este ejercerá una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo, haciéndolo flotar. Se utilizaron dos objetos de prueba (un cilindro de aluminio y otro de bronce), en dos tipos de fluidos (agua normal y agua-sal) con sus respectivas densidades, y la ayuda de un sensor de fuerza; donde se involucraron variables y constantes como la fuerza de empuje, el volumen, la densidad de los fluidos y el peso, para el desarrollo de la misma.

ANÁLISIS DE RESULTADOS:

[pic 2]Figura 1: grafica fuerza vs volumen para los diferentes ensayos.

Teniendo en cuenta que el sensor está midiendo una fuerza vertical, partimos de definir que esta fuerza es equivalente a la tensión, ya que una cuerda sostiene al cilindro suspendido antes de hacer contacto con el líquido.

Mediante la elaboración del diagrama de fuerzas del sistema, se logró obtener que:

T = W - ρliquido * g * Vsumergido            (1)

Se puede observar un comportamiento lineal en (1), donde la tensión y el volumen sumergido del objeto son directamente proporcionales, teniendo en cuenta que la densidad del líquido y la gravedad son constantes (pendiente), por tanto, concuerda a lo que se observa en la gráfica, la cual tiene un ajuste lineal para cada experimento, debido al comportamiento de la misma gráfica, donde se observa la ecuación de linealidad:

             Y = mx + b                 (2)

Analizando (1) y (2) se ve la relación de linealidad que tienen las dos ecuaciones, siendo “m” las pendientes de las graficas:

     m = ρliquido * g            (3)

 A partir de (3), se deduce la expresión necesaria para obtener el valor aproximado de la densidad del fluido a experimentar, teniendo en cuenta que las mediciones en el eje X están tomadas en mililitros (1 ml = 1cm3).

   ρliquido = m / g            (4)

Se logra analizar estos resultados mediante la aplicación de (4) en la siguiente tabla:

Tabla 1. Densidades experimentales

Para obtener una incertidumbre absoluta que demuestra el margen de error del experimento, se parte del hecho de utilizar las derivadas parciales de (4), con respecto a la pendiente y a la gravedad, donde “” es la incertidumbre arrojada por el hardware llegando al punto de tener la siguiente ecuación:[pic 3]

                      (5)[pic 4]

Mediante la aplicación de (5), se obtienen las siguientes incertidumbres (absoluta y relativa) para cada experimento, reflejadas en la siguiente tabla:

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