Informei.docx (1).docx

PRINCIPIO DE ARQUIMIDES Y APLICACIONES LABORATORIO DE FISICA II

INTEGRANTES

1 2 3 4

NOMBRE ANDRES AGAMEZ GUTIERREZ SIJAN DIAZ ROYERO JESUS DANIEL ARTUNDUAGA DE ALBA ROLANDO RENE ROMERO OSORIO

CODIGO 131520159 101522691 91520775 141521859

GRUPO: PD DOCENTE : IGNACIO CAMACHO

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIERIA DPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO DE FISICA BARRANQUILLA 2016-01 1

CONTENIDO 1. Introducción 2. Objetivos

3 4

3. Marco teórico

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4. Materiales utilizados en la práctica

7

5. Descripción de la practica

8

6. Tabla de resultados

9

6.1 Análisis de resultados

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7. Modelos matemáticos

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8. Graficas

13

8.1 Análisis de graficas

13

9. Conclusiones

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10. Bibliografía

15

11. Anexos

16

12. Preguntas de evaluación

18

2

1, Introducción El mundo de la física está regido por leyes y principios, que se cumplen como consecuencia de algo para dar resultado a otro. La naturaleza es un campo dinámico (básicamente sujeto a cambios, naturales o estimulados). “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” A la definición anterior se le conoce como principio de Arquímedes. Alguna vez nosotros hemos experimentado esta sensación, cuando intentamos de levantar un objeto dentro del agua, y sentimos que el objeto pesa menos, pero si lo hacemos fuera de esta se nos hace más difícil levantar el objeto. Es por ello que al hablar de flotabilidad de un cuerpo estamos haciendo referencia a la propiedad o capacidad que tienen los cuerpos de sostenerse dentro de un fluido, y se encuentra relacionado directamente con su densidad. Sabemos que la física es una ciencia experimental que se encarga de los componentes que forman nuestro universo, de las fuerzas que estos ejercen entre sí y de los efectos que provocan estos. Es por ello que el ejercicio del principio de Arquímedes puede llevarse a cabo en prácticas de laboratorio experimental, para comprobar realmente los comportamientos y las características específicas y verificar si este principio en realidad se cumple. La comprobación de este principio puede realizarse en una práctica de laboratorio, es decir representando esta situación a una escala menor, en un sistema en el que se involucren los conceptos de peso, volumen, flotabilidad, empuje; como si fuese una simulación; que es lo que se realizara a continuación en esta primera practica de laboratorio de física II Calor y ondas. Y así demostrar la aplicación de este principio en un sistema sobre la cual actué la fuerza de empuje, con una serie de experimentos tanto textual y prácticos, con demostraciones adecuadas para el afianzamiento de los conocimientos aprendidos.

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2, Objetivos. Objetivos específicos: ● Comprobar el principio de Arquímedes a partir del peso de un cuerpo, y del peso aparente usando el sensor de fuerza y el software CASSYLAB. ● Comprobar el principio de Arquímedes a partir del cálculo del peso del fluido desalojado usando el vaso de expansión y el sensor de fuerza. ● Manipular los parámetros y las ecuaciones correspondientes para que mediante modelos matemáticos apropiados se pueda calcular a partir del software la densidad de cada metal. ● Calcular la densidad de cada metal (aluminio, bronce, PVC) a partir de la aplicación del principio de Arquímedes.

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3, Marco Teórico Principio de Arquímedes: El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma lo siguiente: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza1 recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (en el SI). El principio de Arquímedes se formula así:

𝐸 = 𝑉𝑑 ∗ 𝜌 ∗ 𝑔 o bien : 𝐸2 = 𝑉𝑑 ∗ −𝜌 ∗ 𝑔

El que un objeto flote o se hunda en un líquido depende de cómo es la fuerza de flotación comparada con el peso del objeto. El peso a su vez depende de la densidad del objeto. De acuerdo a la magnitud de estas dos fuerzas se tienen los siguientes casos: a) Si el peso del objeto sumergido es mayor que la fuerza de empuje, el objeto se hundirá. b) Si el peso del cuerpo es igual a la fuerza de empuje que recibe, el objeto permanecerá flotando en equilibrio (una parte dentro del líquido y otra parte fuera de él). c) Si el peso del objeto sumergido es menor que la fuerza de empuje que recibe, el objeto flotara en la superficie del líquido. 5

El principio de Arquímedes se aplica a objetos de cualquier densidad. En caso de conocer la densidad del objeto, su comportamiento al estar sumergido dentro de un fluido puede ser: 1) Si el objeto es más denso que el fluido en el cual está sumergido, el objeto se hundirá. 2) Si la densidad del objeto es igual a la del fluido en el cual está sumergido, el objeto no se hundirá ni flotara. 3) Si el objeto es menos denso que el fluido en el cual está sumergido, el objeto flotara en la superficie del fluido. Debido al efecto del empuje, los cuerpos sumergidos en un fluido tienen un peso aparentemente menor a su verdadero peso, y le llamamos peso aparente. El valor de la fuerza de empuje se determina mediante la diferencia del peso real y la del peso aparente, es decir: Empuje = peso real – peso aparente

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4, Materiales ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●

1 Sensor-CASSY524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 Cable USB 1 Adaptador de corriente de 110V / 12V 1 Sensor de fuerza S, ± 50 N 524042 1 cuerpo Metalico de Aluminio 1 cuerpo Metalico de Laton 1 Recipiente rebose, 400 ml, 36204 1 Probeta graduada, 100 ml 59006 1 Jarra de plástico, 1000 ml 59006 1 balanza 2 nueces universal, 666615 1 varilla de soporte, 60 cm 1 varilla de soporte, 10 cm 1 Trípode en forma de V, 20 cm, 30002 Sedal 30948 36202 Cilindro de Arquímedes

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5, Descripción de la práctica. El pasado viernes 19 de febrero, se llevó a cabo la primera práctica de laboratorio denominada “Principio de Arquímedes”, la cual tuvo lugar en el laboratorio de física calor y ondas. Luego de ingresar al aula y de habernos colocado la respectiva bata de laboratorio. Nos ubicamos en los lugares correspondientes asignados a cada grupo. Sobre las mesas ya se encontraba instalado el cuerpo de trabajo La primera orden que nos dio el Profesor fue de programar Cassy Lab, configurando el sensor y llenando los datos que se van a usar según la matriz. Luego el Profesor procedió a explicar la experiencia, la cual consistió en pesar 3 cuerpos, de aluminio, PVC y de bronce, los cuales pesaban 1.0, 0.9 y 1.0 Newtons respectivamente los cuales se calcularon con el sensor de fuerza, estos cuerpos se sumergieron uno por uno en un recipiente de rebose que contenía agua, donde una cantidad de ella era desplazada por la inmersión del cuerpo y esta terminaba en una probeta graduada que calculaba el volumen del fluido desalojado en cm, se hacia la conversión a m^3 y se obtenían los resultados de la Fuerza de Empuje 1 y 2 con el programa. Y finalmente, luego de haber acabado de realizar la práctica, y ya teniendo las medidas correspondientes arrojadas por el equipo, el profesor se acercó a verificar los datos, que las dos Fuerzas de Empuje tuvieran un valor relativamente cercano (la calculada con el sensor de fuerza, y la calculada con la fórmula matemática), la cual concluía con la práctica y luego tomar las respectivas evidencias para la realización de nuestro informe.

8

6, Tabla de resultados. ALUMINIO t/s

FA1/N

WA1/N

Vd/m3

E1/N

E2/N

pc/Kg/m3

0,0

0,7

1,00

0,000038

0,35

0,37

2685,28

0,1

0,6

1,00

0,000038

0,40

0,37

2685,28

0,2

0,6

1,00

0,000038

0,40

0,37

2685,28

0,3

0,6

1,00

0,000038

0,40

0,37

2685,28

0,4

0,6

1,00

0,000038

0,40

0,37

2685,28

0,5

0,7

1,00

0,000038

0,35

0,37

2685,28

0,6

0,7

1,00

0,000038

0,35

0,37

2685,28

0,7

0,7

1,00

0,000038

0,35

0,37

2685,28

0,8

0,6

1,00

0,000038

0,40

0,37

2685,28

0,9

0,7

1,00

0,000038

0,35

0,37

2685,28

1,0

0,7

1,00

0,000038

0,35

0,37

2685,28

9

BRONCE t/s

FA1/N

WA1/N

Vd/m3

E1/N

E2/N

pc/Kg/m3

0,0

0,8

1,00

0,000012

0,20

0,12

8503,40

0,1

0,9

1,00

0,000012

0,15

0,12

8503,40

0,2

0,9

1,00

0,000012

0,10

0,12

8503,40

0,3

0,9

1,00

0,000012

0,15

0,12

8503,40

0,4

0,9

1,00

0,000012

0,15

0,12

8503,40

0,5

0,9

1,00

0,000012

0,15

0,12

8503,40

0,6

0,9

1,00

0,000012

0,15

0,12

8503,40

0,7

0,9

1,00

0,000012

0,15

0,12

8503,40

0,8

0,9

1,00

0,000012

0,10

0,12

8503,40

0,9

0,9

1,00

0,000012

0,15

0,12

8503,40

1,0

0,9

1,00

0,000012

0,15

0,12

8503,40

PVC t/s

FA1/N

WA1/N

Vd/m3

E1/N

E2/N

pc/Kg/m3

0,0

0,3

0,90

0,000074

0,65

0,73

1241,04

0,1

0,3

0,90

0,000074

0,65

0,73

1241,04

0,2

0,3

0,90

0,000074

0,65

0,73

1241,04

0,3

0,2

0,90

0,000074

0,70

0,73

1241,04

0,4

0,3

0,90

0,000074

0,65

0,73

1241,04

0,5

0,2

0,90

0,000074

0,70

0,73

1241,04

0,6

0,3

0,90

0,000074

0,65

0,73

1241,04

0,7

0,2

0,90

0,000074

0,70

0,73

1241,04

0,8

0,3

0,90

0,000074

0,65

0,73

1241,04

0,9

0,3

0,90

0,000074

0,65

0,73

1241,04

1,0

0,3

0,90

0,000074

0,65

0,73

1241,04

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6,1 Análisis de resultados. En las tablas anteriores se puede observar que al momento de ser sumergidos los cuerpos en el fluido, recibe una fuerza de abajo hacia arriba (fuerza de empuje) cambiando así el valor de este durante el tiempo estipulado (1seg), en el cul fueron tomadas 10 medidas de cada material. Además se puede evidenciar que el margen de error entre los dos valores del empuje calculado para un mismo material (E1/N y E2/N) son muy pequeños, mostrando así valores muy aproximados entre sí en cada intervalo de tiempo.

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7, Modelos matemáticos Utilizados 𝐸1 = 𝑊𝐴1 − 𝐹𝐴1

Donde E1 es el Empuje 1, WA1 es el peso del cuerpo en el aire, y FA1 el peso del cuerpo sumergido

𝐸2 = 𝑉𝑑 ∗ 𝜌 ∗ 𝑔

Donde E2 es el Empuje 2, Vd es volumen desalojado, 𝜌 es la densidad del fluido y g es la aceleración de la gravedad.

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8, Graficas. Para esta práctica no hubo gráficas.

8.1, Análisis de las gráficas. Para esta práctica no hubo gráficas.

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9, Conclusiones. ● Se comprobó el principio de Arquímedes a partir del peso de un cuerpo, y del peso aparente usando el sensor de fuerza y el software CASSYLAB. ● Se comprobó el principio de Arquímedes a partir del cálculo del peso del fluido desalojado usando el vaso de expansión y el sensor de fuerza. ● Se manipuló los parámetros y las ecuaciones correspondientes para que mediante modelos matemáticos apropiados se pueda calcular a partir del software la densidad de cada metal. ● Se calculó la densidad de cada metal (aluminio, bronce, PVC) a partir de la aplicación del principio de Arquímedes.

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10, Bibliografía. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm http://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/prepa4/n3/m4.html https://lafisicaparatodos.wikispaces.com/Principio+de+Arquimides http://es.slideshare.net/dinoflagelado/principio-de-arqumedes-25501477 http://www.astro.puc.cl/~avalcarc/FIS109C/17_CuerposFlotantes.pdf

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11, Anexos. Aluminio

Bronce

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PVC

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12, Respuestas hoja de evaluación 1, la fuerza de flotación que actúa sobre un cuero sumergido, de que depende ¿del volumen del cuerpo sumergido o del peso del cuerpo sumergido? R/ La fuerza de flotación que actúa sobre un cuerpo sumergido depende de su volumen, ya que la fuerza recibida por el cuerpo hacia arriba, es de igual magnitud al peso del fluido desplazado.

2, ¿A qué se le llama principio de flotabilidad? Explique su respuesta. R/ Se le denomina principio de flotabilidad o principio de Arquímedes a la capacidad que poseen los cuerpos para sostenerse dentro de un fluido, es decir que experimenta una fuerza ascendente.

3, ¿Qué podría decir usted acerca de aquellas personas quienes a pesar de todos sus esfuerzos, no pueden flotar en el agua? R/ Se podría decir que la densidad de estas personas es mayor que la densidad del agua en la cual se encuentran sumergidos.

4, Aplicando el concepto de empuje ¿Cuál es la función de un chaleco salvavidas? R/ La función del chaleco salvavidas es la de aumentar la fuerza de empuje, aumentado su volumen para disminuir la densidad de la persona, evitando que estas no vayan a lo profundo, experimentando así una fuerza ascendente.

5, Un trozo de hierro está pegado encima de un bloque de madera. Si este se coloca en un recipiente con agua con el hierro arriba, flota. Ahora se da la vuelta al bloque de forma que el hierro quede sumergido por debajo de la madera. ¿El bloque flotará o se hundirá? ¿El nivel del agua subirá, bajará o no cambiará? Explique. R/ El cuerpo no se hundirá por completo, quedara sumergido solo el trozo de hierro, ya que su densidad es mucho mayor (7840 kg/m^3) respecto al agua (1000kg/m^3), y el bloque de madera quedará flotando en la superficie. Además el nivel del agua subirá dependiendo del volumen que tenga el trozo de hierro. 18

6, un artesano compra una jarra de oro en una joyería, cuando llega a su taller cuelga la jarra en la báscula y obtiene un peso de 3,97Newtons, luego la introduce en agua , colgada de la báscula, y obtiene un peso de 3.43 Newtons. ¿La jarra en realidad es de oro? R/ Empuje= 3,97N-3,43N=0.54N Volumen sumergido= 0.54N / 1000kg/m^3 * 9,8m/s^2= 5,5*10^-5 m^3 Masa= 3,97N / 9,8m/s^2=0,41kg Densidad (𝜌) = 0,41kg / 5,5*10^-5 m^3 =7440,7 Kg/m^3 La densidad real del oro es de 19300 kg/m^3 , y la obtenida es de 7440,7kg/m^3, lo que quiere decir que la jarra en realidad no es de oro.

7, ¿Dónde flotara más un cubo de hielo en agua o en alcohol? Explica tu respuesta. R/ teniendo en cuenta la densidad del agua y el alcohol, 1000 Kg/m^3 y 789Kg/m^3 respectivamente, podríamos decir que el cubo de hielo flotaría más en el agua ya que su densidad es mayor respecto a la del alcohol.

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