Informe Calor Ondas

Abstract

In this experience we wanted to put into practice our knowledge about the Archimedes’ principle, and use the equation of buoyancy to find some information about the materials we were using in the practice such as its density or the plunged volume; we also could verify that objects with less density than the fluid’s float on it, but in the opposite case they sink in the fluid.

Resumen

A través de esta experiencia se quiso poner en practica el conocimiento acerca del principio de Arquímedes, y usar la ecuación de empuje para encontrar información acerca de los materiales que estaban siendo usados en la práctica, como eran su densidad y el volumen sumergido; además se pudo comprobar que los objetos con menor densidad que la del fluido flotan en el mientras que en el caso contrario estos se hunden.

1) Introducción y Objetivos En la naturaleza que nos rodea ocurren una serie de fenómenos que se producen a diario pero que en algunas ocasiones pasan desapercibidos específicamente para nuestros ojos. El poder comprender de manera más amplia estos fenómenos nos ayuda a entender mejor como se comportan algunas fuerzas que entran en acción bajo ciertas circunstancias. El principio de Arquímedes nos plantea lo siguiente: ´´ Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del fluido desalojado, y esto es precisamente Lo que se pretende en este laboratorio analizar el comportamiento de las fuerzas que ejercen los líquidos sobre algunos sólidos que manipularemos de manera experimental. Los objetivos que pretendemos alcanzar en esta práctica de laboratorio son los siguientes: • • • •

Comprobar experimentalmente la teoría adquirida en clase sobre el principio de Arquímedes. Determinar la diferencia entre los pesos y las fuerzas de empuje que ejercen los líquidos sobre los cuerpos sólidos en el aire y sumergidos. Determinar el volumen de algunos cuerpos sólidos y también poder determinar su densidad.

2) Marco teórico Cuando un cuerpo se sumerge en un fluido desplaza una cierta cantidad de líquido, igual al volumen de la parte sumergida por él. El cuerpo experimenta una fuerza ascendente llamada empuje. Este fenómeno es explicado mediante el principio de Arquímedes, que dice: " Un cuerpo que se sumerge en un fluido experimenta una fuerza ascendente llamada empuje y que es igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo”. E = (mg) fluido desalojado = g V ρ donde ρ es la densidad del fluido, V es el volumen de la parte sumergida del cuerpo. El principio de Arquímedes fue enunciado en forma empírica, el cual fue confirmado posteriormente mediante las leyes de Newton. La naturaleza del empuje se debe a una resultante de las fuerzas provocadas por el fluido, causado por diferencias de presiones que existen en él. Como las presiones son mayores en las partes más profundas del fluido, y las fuerzas laterales se cancelan, hace que la fuerza resultante sea ascendente.

3) procedimiento experimental Caso 1: Sólido sumergido completamente en agua. Montaje del experimento (caso 1)

Sensor de fuerza Objeto Metálico

En este primer caso el sólido es un cilindro metálico (aluminio), del cual tomamos su peso en el aire y posteriormente su peso sumergido en el fluido agua, para de esta forma observar la presencia de la fuerza ejercida del líquido en contra del sólido. En lo que respecta a lo practico hallamos los datos que nos piden hallar através de sumatoria de fuerzas.

Caso 2: Sólido que flota sobre el agua. En este caso se utilizara un objeto de madera en lugar de un objeto metálico. Montes del experimento (caso 2) Sensor de fuerza

Objeto Madera

Plomada (a)

(b)

Para este caso 2, es necesario utilizar dos sólidos debido a que la madera objeto al cual debemos obtener densidad y volumen, tiene una densidad menor al fluido agua lo que hace que la madera flote. El otro sólido que se utiliza es una plomada.

4) Datos Básicamente en el laboratorio empleamos diferentes tipos de objetos los cuales fueron pesados tanto en el aire como en el agua y los datos que obtuvimos fueron los siguientes: • En el aire

Cilindro Grande = -1.95N Bloque de madera = -0.24N Esfera metálica = -2.27N Cilindro pequeño = -1.90N Sólido plomada = -2.14N • En el agua Sólido plomada = -1.88N Sólido plomada + bloque de madera = -1.68N Cilindro grande = - 1.21N

5) Análisis de resultados

Durante el desarrollo de la experiencia se pudo comprobar de manera práctica la densidad del aluminio y de la madera, obteniendo resultados cercanos a los encontrados en la bibliografía consultada, lo cual evidencia la efectividad de la metodología utilizada. 6) Conclusiones

Con la realización de esta práctica se experimentó a través del uso de datos y operaciones la importancia que tiene la densidad de un objeto sumergido en algún fluido, en cuanto a lo que la fuerza de empuje se refiere, dándole gran importancia a la relación existente entre la densidad del objeto utilizado y la del fluido en el cual se encuentra sumergido.

7) preguntas ¿Qué mecanismos utilizan los submarinos para sumergirse o salir a flote en el mar? Un submarino es un buque capaz de navegar tanto de manera convencional, como sumergido debajo del agua. Los submarinos varían su peso gracias a un sistema de depósitos de lastre, que pueden tener aire o agua. Con los depósitos llenos de aire el submarino tiene una densidad menor que el agua por eso flota, en cambio si se llenan de agua el submarino se sumerge. La profundidad que puede alcanzar depende de la resistencia del casco de acero. La profundidad se controla por la fuerza motriz. Los alerones situados a cada lado del submarino, llamados hidroplanos, giran haciendo descender la proa. Para que el submarino vuelva a la superficie el depósito de lastre se llena con aire comprimido que expulsa el agua a través de las válvulas. Los hidroplanos cambian de dirección elevando la proa y el submarino empieza a emerger.

8) Bibliografía •

WILSON, Jerry D. Física con aplicaciones, Segunda Edición. Editorial McGrawHill, 1991. SERWAY, Raymond A. Física, Cuarta Edición. Editorial McGraw-Hill, 1996.

•

9) Ecuaciones CASO 1: Para hallar la densidad del cilindro metálico, usamos sumatoria de fuerzas.

∑F ∑F

y

= T − mg = 0 ⇒ T = mg (1) en el aire.

y

= T + E − mg = 0

(2)

en el agua.

Nos quedaría entonces:

∑F

y

=1.21N + ρVS g − 1.95 = 0

(Ver datos)

Necesitamos VS , entonces despejamos:

VS =

1.95 − 1.21 = 7.5 × 10 −5 m 3 , este seria el volumen del cilindro metálico. 9800

Ahora, tenemos que la masa del cilindro es m =

1.95 N m = 0.198 Kg y como ρ = 9.8 v

entonces,

ρ=

0.198 = 2.65 Kg 3 , esta seria la densidad del cilindro metálico. −5 m 7.55 × 10

CASO 2: Primero debemos hallar el volumen de la plomada de la siguiente manera

∑F

y

= T − mg = 0 ⇒ T = mg (1) en el aire.

∑F

= T + E − mg = 0

y

(2)

en el agua.

Nos quedaría entonces:

∑F

=1.88 N + ρVS g − 2.14 = 0 (Ver datos)

y

Despejando VS , obtenemos

2.14 − 1.88 = 2.65 × 10 −5 m 3 9800

VS =

Como ya tenemos el volumen individual de la plomada podemos, através de la sumatoria de fuerzas de todo el sistema despejar el volumen del sólido de madera,

∑F

y

= T + E1 + E 2 − mg = 0

Reemplazando,

∑F ∑F

y

= 1.68 + ρVSM g +ρVSP g − 2.40 = 0 (Ver datos)

y

= 1.68 + (1000)VSM (9.8) + (1000)(2.68 × 10 −5 )(9.8) − 2.40 = 0

Necesitamos VSM , por tanto lo despejamos,

VSM =

(2.40 − 1.68) − 9800 × 2.65 × 10 −5 = 7.34 × 10 −5 m 3 9800

Ahora, tenemos que la masa del sólido de madera es m =

0.24 N = 0.024 Kg y como 9.8

ρ=

m entonces, v

ρ=

0.024 = 333.64 Kg 3 , esta sería la densidad de la madera, estando este −5 m 7.34 × 10

resultado entre el intervalo teorico, que se conoce la densidad de la madera entre 330 y 480

Kg

m3

10) Figuras

.

Cilindro metálico sumergido en el agua.

Cilindro pequeño fuera del agua.

Esfera metálica fuera del agua.

Sólido de madera.