Principio De Arquimedes.docx

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES – DETERMINACION DE DENSIDAD DE SOLIDOS POR EMPUJE LABORATORIO DE FISICA II

INTEGRANTES NOMBRE 1 Keren Perez 2 Landi de Alba 3

CODIGO

GRUPO: DOCENTE: EDUARDO MARTINEZ

UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARIBE FACULTAD DE INGENIERIA DPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICAS LABORATORIO DE FISICA CALOR Y ONDAS BARRANQUILLA 2018-01

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Índice B BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................... 7 C Calculos ........................................................................................................................................................... 6 Conclusiones .................................................................................................................................................. 6 D Descripcion de la experiencia .................................................................................................................... 5 I Índice ................................................................................................................................................................ 2 Introduccion .................................................................................................................................................... 3 M Marco Teorico................................................................................................................................................. 3 Materiales ........................................................................................................................................................ 5 O Objetivos .......................................................................................................................................................... 4 R Respuestas hoja de evaluacion ................................................................................................................. 6 Resumen .......................................................................................................................................................... 3 T Tabla de resultados ...................................................................................................................................... 5

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RESUMEN

En esta esta experiencia se dio el tema del principio de Arquímedes. El experimento de este tema consistía en conocer la densidad de 3 cuerpos de materiales distintos y para esto aplicábamos el principio de Arquímedes para ello se tuvo que sumergir cada uno de los cuerpos uno por uno en un recipiente de agua que permitía extraer el agua que se elevó al sumergir el cuerpo; el agua extraída se colocó en una probeta graduada para tener la medida de lo que se extrajo y así conocer la densidad del cuerpo.

INTRODUCCIÓN

En esta experiencia se puso en práctica el principio de Arquímedes y en esta se aprendió la teoría dada de este principio y se realizó el experimento que consistía en determinar la densidad de 3 cuerpos distintos. Utilizando las indicaciones y materiales otorgados en el laboratorio, y realizando bien la programación mandada a hacer para obtener mediciones precisas.

MARCO TEORICO

Principio de Arquímedes El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes: El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Empuje El empuje es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente por la tercera ley de Newton. Cuando un sistema expele o acelera masa en una dirección (acción), la masa acelerada causará una fuerza igual en dirección contraria (reacción). Matemáticamente esto significa que la fuerza total experimentada por un sistema se acelera con una masa m que es igual y opuesto a m veces la aceleración a, experimentada por la masa:

∑ 𝐹⃗ = 𝑚𝑎⃗ Flotación La flotación es un proceso fisicoquímico de tres fases (sólido-líquido-gaseoso) que tiene por objetivo la separación de especies minerales mediante la adhesión selectiva de partículas minerales a burbujas de aire. En química, es una mezcla heterogénea a nivel molecular o iónico de dos o más especies químicas que no reaccionan entre sí, cuyos componentes se encuentran en proporción que varía entre ciertos límites. Un buen ejemplo podría ser un sólido disuelto en un líquido, como la sal o el azúcar disuelto en agua (o incluso el oro en mercurio, formando una amalgama). Esto nos lleva al importante concepto llamado flotación, que se trata con el principio de Arquímedes.

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA Cuando un cuerpo se sumerge total o parcialmente en un fluido, una cierta porción del fluido es desplazado. Teniendo en cuenta la presión que el fluido ejerce sobre el cuerpo, se infiere que el efecto neto de las fuerzas de presión es una fuerza resultante apuntando verticalmente hacia arriba, la cual tiende,en forma parcial, a neutralizar la fuerza de gravedad, también vertical, pero apuntando hacia abajo. La fuerza ascendente se llama fuerza de empuje o fuerza de flotación y puede demostrarse que su magnitud es exactamente igual al peso del fluido desplazado. Por tanto, si el peso de un cuerpo es menor que el del fluido que desplaza al sumergirse, el cuerpo debe flotar en el fluido y hundirse si es más pesado que el mismo volumen del líquido donde está sumergido. El principio de Arquímedes es un enunciado de esta conclusión, del todo comprobada, que dice que todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido, está sometido a una fuerza igual al peso del fluido desalojado. Este principio explica el funcionamiento de un tipo de hidrómetro empleado universalmente en los talleres para determinar el peso específico del líquido de las baterías de los automóviles. Un flotador se hunde o no hasta cierta señal, dependiendo del peso específico de la solución en la que flota. Así, el grado de carga eléctrica de la batería puede determinarse, pues depende del peso específico de la solución. Presión hidrostática La presión P en un fluido es la fuerza por unidad de área que ejerce el fluido sobre una superficie:

𝑃=

𝐹 𝐴

En el sistema SI, la presión tiene unidades de newtons por metro cuadrado (𝑁⁄𝑚2 ) y un 𝑁⁄𝑚2 = 1 𝑝𝑎𝑠𝑐𝑎𝑙 (Pa). La presión en un fluido en reposo varía con la profundidad h en el fluido de acuerdo con la expresión

𝑃 = 𝑃0 + 𝜌𝑔ℎ Donde 𝑃0 es la presión en ℎ = 0 y S es la densidad del fluido, que se supone uniforme. La ley de Pascal afirma que, cuando se aplica presión a un fluido encerrado, la presión se transmite sin disminución a cualquier punto en el fluido y a todos los puntos en las paredes del contenedor. La presión hidrostática es la parte de la presión debida al peso de un fluido en reposo. En un fluido en reposo la única presión existente es la presión hidrostática, en un fluido en movimiento puede aparecer una presión hidrodinámica adicional relacionada con la velocidad del fluido. Es la presión que sufren los cuerpos sumergidos en un líquido o fluido por el simple y sencillo hecho de sumergirse dentro de este. Se define por la fórmula 𝑃ℎ = 𝛾ℎ donde 𝑃ℎ es la presión hidrostática, 𝛾 = 𝜌𝑔 es el peso específico y ℎ es la profundidad bajo la superficie del fluido.

OBJETIVOS     

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 de fluido desalojado usando el vaso de expansión y el sensor de fuerza Determinar el peso de un cuerpo en el aire y después en el agua. Determinar el volumen de agua desalojada por un cuerpo al sumergirlo y su peso. Calcular la densidad de sólidos a partir del empuje y del volumen del agua desalojada.

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DESCRIPCION DE LA EXPERIENCIA

Esta experiencia comenzó en escuchar la teoría necesaria para la práctica, y luego las indicaciones acerca de cómo debemos llevar a cabo la práctica y de cómo debemos utilizar los materiales otorgados por el laboratorio (la lista de materiales se encuentra después de este apartado). Después de esto se empieza con la programación de CASSYLab esto lo realizamos de acuerdo con los parámetros que se encuentran en el manual de laboratorio; y después revisar que no se cometiera ningún error en la programación se procede con la práctica, esta consiste en: Primero determinar el peso de cada uno de los cuerpos en el aire y luego en el agua, esto se hace colocando cada uno de los cuerpos en el sensor para que tome el peso de este, para que el programa tenga el peso del cuerpo y tenga una parte de la fórmula que se necesita para obtener la densidad. Ahora si viene la parte del principio ya que para obtener la densidad del cuerpo es necesario tener el volumen de este y es donde entra el principio de Arquímedes ya que con este se pueden obtener los valores del volumen de un cuerpo aunque tengan una forma irregular. Para realizar esto colocamos el cuerpo en el sensor y lo sumergimos en un recipiente de desborde lleno de agua que nos permite sacar la cantidad de agua exacta que se eleva debido a la fuerza de empuje que se realiza al sumergir un objeto, esa agua extraída la colocamos en una probeta graduada y con la medida realizamos una conversión y obtenemos el valor del volumen del agua extraída que es igual al volumen del cuerpo sumergido, el valor obtenido se ingresaba al programa para que este realizara la operación y asi obtener el valor de la densidad del cuerpo (este proceso se realizo en los 3 cuerpos el de PVC el de aluminio y el de cobre)

MATERIALES

1 sensor-CASSY524 010 1 CASSY Lab 524 200 1 sensor de fuerza S, ±50 N 524042 1 cuerpo de PVC 1cuerpo metálico de aluminio 1 cuerpo metálico de cobre 1 recipiente de rebose 1 probeta graduada 1 jarra de plástico TABLA DE RESULTADOS Cuerpo de PVC

t⁄s 0 1 2 3 4 5

FA1 ⁄N 0,279 0,278 0,278 0,278 0,276 0,276

WA1⁄N 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98

Vd ⁄m3 0,000074 0,000074 0,000074 0,000074 0,000074 0,000074

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E1⁄N 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7

E2⁄N 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73 0,73

m⁄Kg 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

pc⁄Kg⁄m3 1351,35 1351,35 1351,35 1351,35 1351,35 1351,35

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA Cuerpo metálico de aluminio

t⁄s 0 1 2 3 4 5

FA1 ⁄N 0,647 0,647 0,645 0,644 0,645 0,645

WA1⁄N 1 1 1 1 1 1

Vd ⁄m3 0,000036 0,000036 0,000036 0,000036 0,000036 0,000036

E1⁄N 0,35 0,35 0,36 0,36 0,36 0,36

E2⁄N 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35

m⁄Kg 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

pc⁄Kg⁄m3 2834,47 2834,47 2834,47 2834,47 2834,47 2834,47

Vd ⁄m3 0,00001 0,00001 0,00001 0,00001 0,00001 0,00001

E1⁄N 0,12 0,11 0,11 0,12 0,12 0,12

E2⁄N 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

m⁄Kg 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

pc⁄Kg⁄m3 10000 10000 10000 10000 10000 10000

Cuerpo metálico de cobre

t⁄s 0 1 2 3 4 5

FA1 ⁄N 0,863 0,867 0,866 0,864 0,863 0,864

WA1⁄N 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98

CALCULOS En esta experiencia se utilizaron las formulas dadas por el docente la cuales fueron:

m V E1 = peso del cuerpo en el aire = peso del cuerpo sumergido E2 = peso del fluido desplazado E2 = Wf = mf g = Vf ρf g ρ=

CONCLUSIONES De esta experiencia podemos decir que se aprendió de teóricamente y prácticamente hablando acerca del principio de Arquímedes apreciando que es un tema útil y muy fácil de ejercer considerando de que puede hallar el volumen de cualquier objeto sin importar su tamaño o su forma. A demás podemos concluir que se cumplieron todos los objetivos de este laboratorio ya que realizamos todo como nos fue indicado y se logró obtener las densidades de los tres cuerpos dados.

RESPUESTAS HOJA DE EVALUACIÓN 1. La fuerza de flotación que actúa sobre un cuerpo sumergido, de que depende ¿Del volumen del cuerpo sumergido o del peso del cuerpo sumergido? Explique su respuesta La fuerza de flotación depende del volumen del cuerpo ya que este es el que dice si la densidad es mayor o menor. 2. ¿A que se llama el principio de la flotabilidad? Explique su respuesta

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL CARIBE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS ÁREA DE LABORATORIO DE FÍSICA FACULTAD DE INGENIERÍA Se le llama principio de flotabilidad a la capacidad que tiene un cuerpo de mantenerse dentro de un fluido. La flotabilidad de un cuerpo dentro de un determinado fluido dependerá de las diferentes fuerzas que actúen en el mismo y el sentido que presenten las mismas. 3. ¿Qué podría decir usted acerca de aquellas personas quienes a pesar de todos sus esfuerzos, no pueden flotar en el agua? Podríamos decir que esto se debe a la diferencia de densidades que tiene cada pesona ya que no todas las ´personas tienen la misma densidad. 4. Aplicando el concepto de empuje ¿Cuál es la función de un chaleco salvavidas? Su función es empujar hacia la superficie al cuerpo que los porten, esto debido a que el aire es menos denso que el agua y al estar llenos de aire se elevan hasta llegar a la superficie. 5. Un trozo de hierro está pegado encima de un bloque de madera. Si este coloca en un recipiente de agua con hierro arriba flota, ahora se da la vuelta al bloque de forma que el hierro quede sumergido debajo de la madera. ¿el bloque flotará o se hundirá? ¿El nivel del agua subirá, bajará o no cambiará? El bloque de hierro se hundirá pero al estar pegado al de madera no llega hasta lo, el nivel del agua sube dependiendo de la cantidad sumergida 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 3,97 N, luego la introduce al agua, colgada de la báscula y obtiene un peso de 3,43 N ¿La jarra en realidad es de oro? Si es oro, si no que al pesar la jarra está llena de aire aire y el aire a una temperatura especifica el aire es más pesado que agua por lo que al pesarla con el agua pesa menos 7. ¿Dónde flotaría más un cubo de hielo, en agua o en alcohol? En el agua porque el agua es más densa que el hielo pero este es más denso que el alcohol

8. BIBLIOGRAFIA       

Reed B. C. Archimedes' law sets a good energy-minimization example. Physics Education, 39 (4) July 2004, pp. 322-323. https://es.wikipedia.org/wiki/Empuje Ortega, Manuel R. (1989-2006). Lecciones de Física (4 volúmenes). Monytex. ISBN 84-4044290-4, ISBN 84-398-9218-7, ISBN 84-398-9219-5, ISBN 84-604-4445-7. Resnick, Robert & Halliday, David (2004). Física 4ª. CECSA, México. ISBN 970-24-0257-3. Tipler, Paul A. (2000). Física para la ciencia y la tecnología (2 volúmenes). Barcelona: Ed. Reverté. ISBN 84-291-4382-3. Física-Raymond Serway volumen 1 séptima edición pagina 406-capítulo 14-mecanica de fluidos Spencer, A. J. M. Continuum Mechanics, Longman, 1980

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