Principio de arquímedes y aplicaciones

1. INTRODUCCION:

 “Todo cuerpo sumergido parcial o totalmente en un fluido recibe una fuerza de abajo hacia arriba de igual magnitud al peso del fluido desplazado por el objeto”

Esta definición se conoce como el principio de Arquímedes su descubridor. Alguna vez nosotros hemos experimentado esta sensación, cuando tratamos de levantar algo dentro del agua, sentimos que el objeto pesa menos, si lo hacemos fuera del agua, notamos que se nos hace más difícil levantar el objeto.   Esto ocurre porque aparentemente un cuerpo sumergido en un líquido experimenta una pérdida de peso  debido a una fuerza ascendente llamada fuerza de empuje o empuje hidrostático.

Se debe tener en cuenta que el empuje que actúa sobre un cuerpo sumergido depende del volumen del cuerpo. Los cuerpos pequeños desplazan pequeñas cantidades de agua y sobre ellos actúan fuerzas de empuje pequeñas. Los cuerpos grandes desplazan grandes cantidades de agua, y sobre ellos actúan grandes fuerzas de empuje. Por lo tanto es el volumen del cuerpo sumergido lo que  determina el empuje y no su peso. Ese empuje es igual al peso del fluido desplazado. Sin embargo, de que un objeto flote o se hunda depende de cómo se compara la fuerza de empuje con el peso del cuerpo. Pare ello se deben analizar las siguientes reglas:

 1. Si un cuerpo es más denso que el fluido en el que se sumerge el cuerpo se hundirá.

2. Si un objeto es menos denso que el fluido en el que se sumerge el cuerpo flotara. 3, Si la densidad del cuerpo es igual al del fluido en el que se sumerge no se hunde ni flota.  

1. OBJETIVOS

2.1 Comprobar el principio de Arquímedes a partir del peso de un cuerpo en el aire  y del peso aparente ( sumergido en el fluido), usando el  Dinamómetro.

2.2 Comprobar el principio de Arquímedes a partir del cálculo del peso de fluido desalojado usando el vaso de expansión y el Dinamómetro.

2.3 Manipular los parámetros y las ecuaciones correspondientes para que mediante modelos matemáticos apropiados se calcule el empuje.  

2.4 Calcular la densidad de cada uno de los cuerpos en estudio (PVC, Cobre, Aluminio y Madera) a partir de la aplicación del principio de Arquímedes.

1. EQUIPOS REQUERIDOS:

1 cuerpo metálico de Aluminio

1 cuerpo metálico de Cobre

1 Cuerpo PVC

1 cuerpo de Madera

1 Dinamómetro 0.02New  

1 Recipiente rebose(salida lateral), 400 ml,

1 Probeta graduada, 100 ml / 2 ml,

1 Jarra de plástico, 1000

2 nueces universal,

1 Varilla de soporte, 60 cm.

1 Varilla de soporte, 10 cm.

1 Trípode en forma de V, 20 cm,

1 Elevador

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MONTAJE DEL EXPERIMENTO:

[pic 2]

• Se calibra el dinamómetro a cero y se monta el equipo como se observa en la figura.
• Coloque el dinamómetro en la pinza porta dinamómetro, trate de que este quede en la parte superior de la varilla de 50 cm, sujeto a la nuez.
• En el elevador coloque el recipiente con salida lateral y al lado de la salida ubíquele, la probeta de 100 ml, siempre teniendo en cuenta que la escala este dirigida hacia usted para una fácil lectura.
• Llene el recipiente de rebose con agua y verifique que quede a nivel con la salida lateral.
• Coloque este recipiente debajo del dinamómetro
• Revise que el equipo montado este de acuerdo a la figura que se le anexa y que los implementos de trabajo estén en buen estado

1. PROCEDIMIENTO:

• Cuelgue del dinamómetro uno de los cuatro cuerpos en estudio y lea el peso de este en el aire. Anota este valor en tu tabla de datos en Peso del cuerpo en el aire  Waire.
•  Introduzca este cuerpo en el recipiente de rebose con salida, el cual contiene agua, procure que entre todo sin llegar al fondo ni tocar las paredes del recipiente, en la probeta se recoge el agua que se derrama.
• Lea en el dinamómetro el peso del cuerpo dentro del fluido, agua, y anótelo en su tabla de datos donde peso del cuerpo en el agua, WH2O. Lea en la probeta el volumen de agua desalojado, por el cuerpo, y anótelo en su tabla de datos. (donde volumen desalojado Vd. Recuerde la lectura en la probeta se da en cm3, debe convertir este valor en m3 
• Repita este procedimiento dos veces más, para garantizar una buena lectura y luego saque un promedio.
• Con estos datos experimentales y las constantes ya anotadas en su tabla de datos. Calcule el empuje y la densidad del cuerpo, utilizando los modelos matemáticos que su docente le explicó.
• Repita este mismo procedimiento con los otros tres cuerpos restantes y complete su tabla de datos.  

MODELOS MATEMATICOS A UTILIZAR  

• Empuje 2 (E2) que se define como el peso del fluido desalojado que es igual a Densidad del fluido por volumen desalojado por aceleración de la gravedad: E2 = ρ*Vd*g. recuerde que esto es en Newton.
• Empuje 1(E1) se define como la diferencia entre el peso del cuerpo en el aire, menos el peso del cuerpo en el fluido(agua):E1 =  Waire.- WH2O.
• Masa del cuerpo, que es igual al peso del cuerpo en el aire dividido entre la gravedad  m= Waire/g
• Densidad del cuerpo en estudio, que es igual a la masa del cuerpo dividido entre el volumen de fluido desalojado. d= m/Vd

Realice todos estos cálculos y complete la tabla de datos. Recuerde que esta tabla debe anexarla a su informe, así como los cálculos realizados para cada uno de los cuerpos en estudio

RESPONDA LAS SIGUIENTES PREGUNTAS

Responda las siguientes preguntas de acuerdo a lo observado, realizado en su experiencia y de los cálculos efectuados, acostúmbrese a mencionar valores obtenidos.

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