Laboratorio1_Fisica.doc

8/17/2019 Laboratorio1_Fisica.doc

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PRINCIPIO DE ARQUÍMIDES

David Eduardo Vasquez Polo (1), Diana Patricia Belmonte (2), Robespierre Snc!ez "an#arres, ($)Santia%o &ulio de 'a oz 2*21+1 (-)

Coordinación Área de FísicaPrograma de Ingeniería Civil Universidad del Magdalena

(1) ./di%o0 2*21+--, email0 quevas1!otmail3com, (2) ./di%o0 2*21+4, email0dibel#i!otmail3com, ($) ./di%o0 2*21+-1, email0 a5terclub144!otmail3com, (-) ./di%o0

2*21+1, email0 santia%o3#ulio!otmail3com

Resumen

.on la realizaci/n de esta e6periencia se pretende a5ianzar los conocimientos acerca del principio de 7rqu8mides, para lo cual se !allara el valor de la 5uerza de empu#e sobre - cilindros de distintos vol9menes :materiales de dos 5ormas distintas mediante la di5erencia de sus peso en el a8re : sumer%idos parcialmenteen el a%ua : a traves del volumen de a%ua desplazada por cada uno de los cilindros3 .on los resultadosobtenidos veri5icamos que la 5uerza de empu#e a la cual se ve sometido cualquier ob#eto sumer%ido en unl8quido es i%ual a la cantidad del l8quido desplazado por este : que esta no depende del peso del ob#eto sinode su volumen : 5orma3

Abstrac

;it! t!e accomplis!ment o5 t!is e6perience one tries to %uarantee t!e sbe%innin%(principle), 5or =!ic! =as calculated t!e value o5 t!e 5orce o5 pus! on - c:linders o5 di55erentvolumes and materials o5 t=o di55erent 5orms b: means o5 t!e di55erence o5 !is(!er,:our) ? =ei%! in t!e a8reand plun%ed partiall: in t!e =ater and across t!e volume o5 =ater displaced b: eac! o5 t!e c:linders3 ;it! t!eobtained results =e c!ec< t!at t!e 5orce o5 pus! to =!ic! an: ob#ect immersed in a liquid meets submitted isequal to t!e quantit: o5 t!e liquid displaced b: t!is one and t!at t!is one does not depend on t!e =ei%!t o5 t!e

ob#ect but on !is(!er,:our) volume and 5orm3

Palabras clave: 5uerza de empu#e, densidad, 5luido, peso, presi/n, ma%nitud, viscosidad, volumen, rea,5orma3

Keys Wr!s: 5orce o5 pus!, densit:, 5luid, =ei%!t, pressure, ma%nitude, viscosit:, volume, area, 5orm3

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


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2 Laboratorio de Física: Princio de Arquimides.

"# Intr!ucc$%n

El Principio de 7rqu8mides se aplica en di5erentesactividades del !ombre entre las cuales se

encuentra el dise@o de embarcaciones, tra#es debuzo : tambien lo podemos e6perimentar ennuestra vida diaria cada vez que 5lotamos en elmar u observamos un cubo de !ielo 5lotar enuna bebida3 A1 Este princio e6plica la naturalezade la 5lotabilidad0 "Un cuerpo sumergido total o

parcialmente en un líquido experimenta unafuerza ascendente igual al peso del líquidodesplazado" 3 .ada vez que se sumer%e uncuerpo en un l8quido, sobre este reace dos5uerzas una vertical !acia aba#o sobre la partesuperior del ob#eto (peso) : otra vertical !acia enla parte in5erior de este (5uerza de empu#e),

cuando la 5uerza de empu#e es ma:or al peso delob#eto que se encuentra completamentesumer%ido, el ob#eto 5lota3

El prop/sito de esta prctica es comprobar mediante e6perimentos : datos obtenidos en ellaboratorio el principio de arquimides aprendidode 5orma te/rica en la asi%natura de 58sica ??,para lo cual se medira la 5uerza de empu#e dela%ua e#ercida sobre - cilindros s/lidos3

M't! E()er$mental

A2 El principio de 7rqu8medes a5irma que todocuerpo sumer%ido en un 5luido e6perimenta unempu#e vertical : !acia arriba i%ual al peso de5luido desalo#ado3

'a e6plicaci/n del principio de 7rqu8medesconsta de dos partes como se indica en la 5i%uraCo310

13 El estudio de las 5uerzas sobre unaporci/n de 5luido en equilibrio con elresto del 5luido3

23 'a sustituci/n de dic!a porci/n de 5luidopor un cuerpo s/lido de la misma 5orma :dimensiones3

i%ura Co3 1

Para la realizaci/n de esta e6perienciarealizamos el monta#e mostrado en la 5i%uraCo323

i%ura Co32

En esta e6periencia se procedio a calcular elvalor de la 5uerza de empu#e que e#erce un

l8quido sobre un cuerpo de dos 5ormas distintas0

a) n función a la diferencia del peso de cadao!eto dentro # fuera del líquido$ se procedio apesar en el a8re utilizando el dinam/metro -cilindros solidos de distinto volumen, peso (;a) :material, se%uidamente se pesaron los mismoscilindros sumer%idos en en una probeta llena dea%ua (;1), con estos valores : utilizando laecuaci/n 5ormulada en el principio de arquimidesB ;a F ;1 , se calculo la 5uerza de empu#e3

b) n función al volumen de líquido desplazado

por cada uno de los cilindros$ se midio elvolumen de a%ua que se desplazo por cadacilindro, para lo cual se virtio el l8quidodesplazado por cada cilindro en una probeta : sepeso por separado restandole a este valor elpeso de la probeta (;vd)3

*# Resulta!s#


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Gna ves realizada la e6periencia anteriormentee6plicada se procedio a escibrir en una tabla losdatos obtenidos3

+Pes enel a,reW" -N.

Pes enel a/uaWa -N.

Em)u0eWa 1 W"

-N.

Pes2lumen

Desal0a!Wv! -N.

34Wv!

1 1 ,H ,2 ,1-4 1,$*

2 1,1 ,4 ,- ,$4 1,H

$ 2 1,4 ,$ ,22 1,$*

- ,* ,- ,2 ,2+ ,H

Iabla de Datos Co31

.omo puede observarce en la tabla, la columnaempue#e se calculo mediante la di5erencia delpeso de cada cilindro en el a8re : su peso dentrodel a%ua3

Em)u0e ;a ;1Se ilustra el clculo realizado para el primer cilindro, los restantes se obtuvieron de i%ual5orma3

Empu#e 1C F ,HC ,2C

Para calcular el peso del volumen desalo#ado enC se introdu#o el volumen desalo#ado en unaprobeta : se peso, a dic!o valor se le resto el

peso de la probeta sin a%ua (la unidad de pesoutilizada 5ue el %r) : lue%o se convirti/ en Cmultiplicando este valor por ,H3

Pes 2l# Desal0a! (Peso del l8quidoselo#ado en la probota peso de la probeta sina%ua) J ((,HmKs2)K1%)

Se ilustra el clculo realizado para el primer cilindro, los restantes se obtuvieron de i%ual5orma3

Peso Vol3 Desalo#ado (H %r F H$ %r) J

((,HmKs2

)K1%) ,1-4 C

inalmente la 9ltima columna de la tabla dedatos es el cociente de la 5uerza de empu#e entreel volumen de l8quido desplazado3

.omo parte delanalisis de losdatos se procedioa realizar

la %r5ica Empu#e Vs3 Volumen Desplazado(Lr5ica Co3$)

Lr5ica Co3 $

[3] 'ue%o mediante una re%resi/n lineal seprosi%io a calcular la recta lineal que apro6imaralos puntos a travMs del mMtodo de m8nimoscuadrados3

Volumen deliquido

desalo#ado (N)

Empu#e(O)

N2 O2 NO

,1-4 ,2 ,21* ,- ,2-

,$4 ,- ,1$* ,1* ,1-H

,22 ,$ ,-H- , ,**

,2+ ,2 ,*2+ ,- ,+

∑ N ,H4

∑ O 1,1

∑ N2

,2*- ∑

O

2

,$$

∑ NO

,2$-Iabla Co32

'a ecuaci/n de la recta esta da por la ecuaci/n0

O a a1N (1)

Donde

a ((∑ O)( ∑ N2) F (∑ N)( ∑ NO)) K ((C ∑ N2)( ∑ N)2)

a1 (C∑ NO F ((∑ N)( ∑ O)))K(C∑ N2 F (∑ N)2)

Reemplazando los valores en las ecuaciones

anteriores se obtiene los valores de a : a1

a ,*+$4--*4 : a1 ,H-+-*2$2

Gtilizando estos valores se calcula los Oestimados utilizando la ecuaci/n (1) para cadavalor de N, lo cual puede observarse en la tablaCo3 $

6 : estimado

,1-4 ,12+44*$

,$4 ,$44*+4$

,22 ,2+224-*$H

,2+ ,2444*12+


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Iabla Co3$

Lra5icando se obtiene

Lr5ica Co3-

5# Inter)retac$%n !e Resulta!s#

7l analizar los resultados obtenidos puedeobservarse que el valor de la 5uerza de empu#e

es i%ual al peso del volumen del l8quidodesalo#ado por cada uno de los cilindrossumer%idos, tal : como lo establece el principiode arquimides, esto se debe a que el cilindro alser sumer%ido en el a%ua ocupa el mismoespacio que en el aire, lo cual se re5le#a en elvolumen del liquido desplazado3

En este e6perimento se obtiene un valor apro6imado debido a que no tubo en cuenta elporcenta#e de error por consideraci/n delpro5esor3 Se puede apreciar al comparar el valor de la 5uerza de empu#e del a%ua sobre cada

cilindro que esta no depende del peso de estossino de su volumen, :a que la 5uerza de empu#etiene un n9mero ma:or de puntos de aplicaci/nsobre el lado in5erior del cilindro cuando estetiene un area ma:or3 ec!o que se puedeveri5icar al comparar el valor de la 5uerza deempu#e sobre el cilindro 2 : $3 En este caso apesar que el peso del cilindro Co3$ es ma:or aldel cilindro Co32 su 5uerza de empu#e es menor3

.abe anotar que la densidad del 5luido in5lu:e enla 5uerza de empu#e que este e#erce sobre elob#eto :a que si se evalua la 5ormula

B = ΔP * A = pf * g * h

Donde ΔP se re5iere a la di5erencia de presi/nentre la parte superior del ob#eto : la partein5erior3 Puede observarse que a medida queaumenta la densidad del 5luido tambiMn aumentael valor de la 5uerza de empu#e3 Por e#emplo, esmuc!o ms 5cil levantar un ob#eto sumer%ido enuna piscina que en el a8re : puede apreciarseque su peso en dentro del a%ua disminu:e, estoes producto a que la 5uerza de empu#e producidapor el a%ua es ma:or que la del a8re debido a

que la densidad del a%ua es ma:or que la dela8re3

En la %r5ica de re%resi/n lineal realizada seconstata claramente que el valor de la 5uerza deempu#e es i%ual a la cantidad de a%uadesplazada por la masa del cilindro sumer%idaen esta, :a que la %ra5ica nos muestra uncomportamiento creciente de las dos variables amedida que los O estimados (5uerza de empu#e)aumentan los valores de N (Volumen de l8quidodesplazado) apro6imadamente en las mismaproporci/n3

5# Cnclus$nes

• Gn cuerpo sumer%ido o parcialmente

sumer%ido dentro de un 5luido e6perimentauna 5uerza vertical !acia arriba, llamada5uerza de empu#e, la cual depende delvolumen del cuerpo : la densidad del 5luido3

• El valor de esta 5uerza de empu#e es i%ual al

volumen del l8quido desplazado3

• Lracias al principio de arquimides podemosdar e6plicaci/n a ciertos 5en/menos comoporque los cuerpos dentro del a%uae6perimentan un menor peso o porque losbarcos a pesar de tener un %ran peso pueden5lotar en el mar3


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Re6erenc$as

A1!ttp0KK===3%eocities3comKpipelineK*2Karquim3!tml

A2!ttp0KK===3sc3e!u3esKsb=ebK5isicaK5luidosKestaticaKarquimedesKarquimedes3!tm

A$ SP?ELE', "urra: R3 Estadistica3Se%unda Edici/n3"adrid3 113 +++
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm

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