Experimentos de ondas, fluidos y calor

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LABORATORIO N 4

HIDROSTATICA

TTppiiccooss RReellaacciioonnaaddooss

Empuje, Fuerzas, Densidad, Presin

1. OBJETIVOS:

- Encontrar el valor de la fuerza de empuje ejercida por un liquido.

- Determinaciones de densidades de slidos y lquidos.

2. EQUIPOS Y MATERIALES:

- Un (01) Lquido: Glicerina o Alcohol

- Un (01) trozo de hilo (20 cm)

- Una (01) Probeta

- Una (01) cantidad de agua (indicada por el profesor)

- Una (01) Balanza

- Una (01) wincha

- Un (01) vernier o pie de rey

- Trs (03) Solidos cilndricos (Cuerpos problema)

3. FUNDAMENTO TEORICO:

PRINCIPIOS DE ARQUIMEDES: Todo cuerpo, total o parcialmente

sumergido en un liquido sufre por parte de este, un empuje de abajo hacia

arriba y es igual al peso del liquido desalojado. Un cuerpo sumergido esta

sometido a 2 fuerzas, su peso y el empuje del lquido.

0 yF (1)

0WE (2)

2

sVE (3)

donde: E = Empuje

W = Peso

= Peso especifico del lquido

sV = Volumen de la parte sumergida del cuerpo

Todo cuerpo en el aire tiene peso W . En cambio, cuando el mismo cuerpo se

encuentra sumergido en un liquido, tal como se muestra en la Figura N 1, el

dinammetro o balanza, indicara un peso aparente *W menor que el anterior,

habiendo experimentado por tanto una disminucin en su peso. Esta

disminucin se debe al empuje ( E ) que ejerce el liquido sobre el cuerpo.

0* WWE (4)

(a) (b)

FIGURA N 1: (a) Medida del peso de un cuerpo en el aire. (b) Medida del peso del cuerpos

sumergido en un liquido

W * =

E = W =

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En virtud del principio de Arqumedes que establece: La magnitud de la

fuerza de empuje sobre todo cuerpo, total o parcialmente sumergido, es igual

al peso del fluido desalojado, entonces, se tiene que:

gmE L (5)

como: LLL Vm (6)

se tiene: gVE LL (7)

Remplazando esta ltima expresin en (4) y considerando que el volumen

del lquido desalojado es igual al volumen del cuerpo sumergido se obtendr

la densidad del cuerpo en funcin del empuje, ecuacin (9)

Considerando: c

ccL

mVV

(8)

LcWW

W

* (9)

Con la expresin (8) se puede calcular la densidad de cuerpos slidos cuya

densidad sea mayor que la del lquido utilizado.

FIGURA N 2: (a) Un objeto totalmente sumergido que es menos denso que el fluido en el que

esta inmerso experimentara una fuerza neta hacia arriba. (b) Un objeto sumergido totalmente que

es ms denso que el fluido se hunde.

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4. PROCEDIMIENTO:

APLICANDO EL CONCEPTO DE DENSIDAD:

1. Mida la masa de cada una de las muestras proporcionadas, y luego

utilizando la probeta graduada determina sus respectivos volmenes,

anote sus datos en la TABLA N 1.

TABLA N 1: Medidas de Masas y Volumenes

Cuerpo

N

Masa

( g )

Volumen

( cm3 )

1

2

3

2. Con los datos de la Tabla N 1, calcule la densidad para cada cuerpo.

TABLA N 2: Calculo de la Densidad

Cuerpo

N

Densidades

( g/cm3 )

1

2

3

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APLICANDO EL PRINCIPIO DE ARQUMEDES:

3. Mida el peso de los cuerpos problema en el aire, antelos en la Tabla

N 3

4. Luego mida el peso cuando este totalmente sumergido en agua.

Cuantifique el empuje y la densidad usando la ecuacin (7) y (9)

respectivamente.

TABLA N 3: Calculo de los Pesos

Cuerpo

N

Peso Real

(en el Aire)

( N )

Peso Aparente

(en el agua)

( N )

1

2

3

TABLA N 4: Calculo del Empuje

Cuerpo

N

Empujes

( N )

Densidades

( g/cm3 )

1

2

3

Obs: Tenga mucho cuidado con derramar agua.

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5. ACTIVIDAD:

Del procedimiento (4) en la Tabla N 4 usted a determinado le densidad

experimental. Busque en tablas de las Referencias las densidades de las

muestras usadas y llene la siguiente tabla, para ello tambin tiene que

calcular el error relativo porcentual.

TABLA N 5: Comparacin de densidades

Cuerpo

N

Densidad

Referencial

( g/cm3 )

Densidad

Experimental

( g/cm3 )

Error Relativo

Porcentual

Erel (%)

1

2

3

6. CUESTIONARIO:

1. Un cuerpo sumergido totalmente en un fluido recibe un empuje

verticalmente hacia arriba. Cmo haras para que el mismo cuerpo y

en el mismo fluido vare su empuje.

2. Qu procedimiento seguiras para determinar la densidad de un slido

que flota en agua (madera por ejemplo), empleando el principio de

Arqumedes

3. En nuestro planeta existe un mar denominado el Mar Muerto.

Averige porque se conoce con ese nombre y que implicancias tiene

en la flotacin de los cuerpos.

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4. El plomo tiene una densidad mayor que el hierro, y ambos son mas

densos que el agua. La fuerza de flotacin sobre un objeto de plomo

es mayor que, menor que o igual a la fuerza de flotacin sobre un

objeto de hierro del mismo volumen?

5. Un cilindro de uranio slido pesa 9.34 kg en el aire, 8.84 kg en el agua

y 2.54 kg en otro liquido. a) Cual es volumen del cilindro? b) cual es

la densidad del cilindro de uranio? c) cual es la densidad del liquido

desconocido? d) Identifique dicho liquido?

6. Un barco viajara mas alto en el agua de un lago tierra adentro o en el

ocano?, por que?

7. Un pez descansa en el fondo de una cubeta con agua mientras se esta

pesando. Cuando empieza a nadar dentro de la cubeta, cambia el peso?

8. Para medir la densidad de lquidos en forma directa. Existen

dispositivos denominados DENSIMETROS. Si un mismo densmetro

se introduce en dos lquidos diferentes tal como se muestra en la figura

siguiente, diga cual de los lquidos es ms denso. Fundamente su

respuesta.

FIGURA N 3: Medicin con el densmetro

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7. OBSERVACIONES:

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8. CONCLUSIONES:

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------------------------------------------------------------------------------------------------

9. RECOMENDACIONES:

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------------------------------------------------------------------------------------------------

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10. REFERENCIAS:

[1] JONES & CHILDERS, Fsica Contempornea, 3ra. Ed., Mc Graw

Hill, Mxico D. F., Mxico, 2001, Cap. 6, Pg. 307-319.

[2] FSICA Tomo I. R. A. Serway, McGraw-Hill, 1997, Cuarta Edicin,

pag. 427-438.

[3] MEINERS EPPENSTEIN MOORE Experimentos de Fsica.

Experimentos de ondas, fluidos y calor

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[4] MARCELO ALONSO EDWARD J. FINN Fsica Volumen I.

[5] MC KELVEY AND GROTH Fsica para Ciencias e Ingeniera.

Volumen I

[6] B. M. YAVORSKY A. A. DETLAF. Manual de Fsica.

"Vivimos en el fondo de un mar de aire."

EVANGELISTA TORRICELLI

(1608-1647) Fsico y matemtico italiano

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FIGURA N 4: Una nave puede daarse aun cuando no esta cerca del hielo expuesto. Un iceberg que

flota en agua de mar, segn la figura, es extremadamente peligroso por que mucho del hielo esta

debajo de la superficie. Este hielo ocultado puede daar una nave que esta navegando a una

considerable distancia del hielo visible. Qu fraccin del iceberg esta debajo del agua?