La flotación es un fenómeno muy conocido

MINISTERIO DE EDUCACION

CURSO DE ESPECIALIZACION DOCENTE

MODULO II: FISICA

SEDE: INSTITUTO NACIONAL DR FRANCISCO MARTINEZ SUAREZ

GUIA DE LABORATORIO: PRINCIPIO DE ARQUIMIDES

MUNICIPIO: CHALTENANGO

DEPARTAMENTO: CHALATENANGO

FACILITADOR: LIC. SARBELIO DE JESUS SILIEZAR

INTEGRANTES:

ARREGA MENJIVAR, RAFAEL ALEJANDRO

GARCIA OLIVA, JOSE MARIA

MORALES RAMIREZ, JOSE MANUEL

MORALES RAMIREZ, OSCAR NEFTALI

SERRANO OLIVA, ANGEL ANTONIO

TOBAR ORELLANA, ENEDILSON WALTER

CHALATENANGO, 25 DE NOVIEMBRE DE 2015

INTRODUCCIÓN

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 cuerpo humano normalmente flota en el agua, y un globo lleno de helio flota en el aire.

Desarrollando la siguiente guía de laboratorio vamos a poner en práctica lo visto en la clase sobre el principio de Arquímedes y como determinar la información de un cuerpo como su densidad, volumen, peso y masa. Para cual ocuparemos algunos materiales de los que nos auxiliaremos para llevar a cabo nuestro experimento.

OBJETIVO

• Determinar de manera experimental el valor de la fuerza de empuje y su relación con la flotabilidad de los cuerpos.

MARCO TEORICO

PRINCIPIO DE ARQUIMIDEZ

El principio de Arquímedes establece lo siguiente: 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.

Para demostrar este principio, consideremos una porción arbitraria de fluido en reposo. En la figura 14.12a, el contorno irregular es la superficie que delimita esta porción de fluido. Las flechas representan las fuerzas que el fluido circundante ejerce sobre la superficie de frontera.

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 lo tanto, la suma de todas las componentes y de las fuerzas de superficie debe ser una fuerza hacia arriba de igual magnitud que el peso mg del fluido dentro de la superficie. Además, la suma de las torcas sobre la porción de 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.

[pic 1]

Ahora retiramos el fluido que está dentro de la superficie y lo sustituimos por un cuerpo sólido cuya forma es idéntica (figura 14.12b). La presión en cada punto es exactamente la misma que antes, de manera que la fuerza total hacia arriba ejercida por el fluido sobre el cuerpo también es la misma, igual en magnitud al peso mg del fluido que se desplazó para colocar el cuerpo. Llamamos a esta fuerza ascendente la fuerza de flotación que actúa sobre el cuerpo sólido. La línea de acción de la fuerza de flotación pasa por el centro de gravedad del fluido desplazado (que no necesariamente coincide con el centro de gravedad del cuerpo).

Dado que:

[pic 2]

Donde E es el empuje, ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa. De este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje (en condiciones normales y descrito de modo simplificado) actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del cuerpo

MATERIALES

• Balanza
• Probeta 150 ml
• Dinamómetro
• Agua
• Trozo de Madera
• Piedra pequeña
• Regla
• Deposito cilíndrico

PROCEDIMIENTO

1. Determinamos con la balanza en valor de la masa de la roca y del trozo de madera.

Después de realizar el procedimiento descrito anteriormente, obtenemos los siguientes datos:

mmadera = 11.0 gramos = 0.011 kg

mpiedra = 42 gramos = 0.042 kg

1. Llenamos con agua el recipiente cilíndrico, para obtener el volumen contenido en el recipiente medimos el diámetro que tiene, medimos por afuera del recipiente con una regla la altura que alcanza el agua dentro del recipiente.
2. Tomamos el dinamómetro y amarramos en el extremo inferior la piedra para obtener el peso. Primero tomamos la lectura en el aire y luego lo sumergimos en el depósito para obtener el peso aparente de la roca. Obtenemos los siguiente datos:

DATOS CON LA PIEDRA

Waire = 0.42 N

m = 0.428 kg

Waparente = 0.04 N

1. Llenamos con agua la probeta hasta los 100 cm3 y pesamos en la balanza la madera para obtener su masa, luego sumergimos el trozo de madera en la probeta y tomamos la lectura de cuanto aumento el nivel del agua.

Obtuvimos los siguientes resultados:

DATOS CON LA MADERA

m = 11 gramos = 0.011 kg

Vprobeta = 100 cm3 

Vcon madera = 118 cm3 

Vdesplazado =  Vcon madera - Vprobeta = 118 cm3 – 100 cm3 

Vdesplazado = 18 cm3 = 18 x 10-6 m3 

1. Pasamos al análisis de los datos para determinar las densidades de los cuerpos en estudio.

ANÁLISIS DE DATOS

1. Encontramos el volumen de la piedra con la siguiente formula:

Waire – E = Waparente

E = Waire - Waparente

ρgV = Waire - Waparente

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