UNIVERSIDAD DE ORIENTE

(UNIVO)

Facultad de:

Ingeniería y Arquitectura

Asignatura:

Física II

N° y nombre del Laboratorio:

Laboratorio N° 2

Principio de Arquímedes

Grupo de clase:

Grupo A

Día y hora del laboratorio:

Lunes 1:40-3:20 pm.

Docente:

MAE. Lic. Ana Lozano de Campos.

Integrantes:

Chavarría Segovia, Edwin Geovanny

Franco López, Nelson Edgardo

Jiménez Álvarez, Jackeline Elizabeth

Rivera Gómez, Claudia Cecibel

Rosa Amaya, José Luis

Fecha:Lunes 25 de Febrero del 2013

INDICE

Materiales y equipo utilizado............................................................5

Montaje experimental........................................................................7

Procedimiento...................................................................................8

Resultado y análisis.........................................................................11

Cuestionario....................................................................................12

Recomendaciones............................................................................16

Introducción

En el presente trabajo se pretende determinar experimentalmente el peso real y el peso

aparente de un cuerpo, además verificar experimentalmente el principio de Arquímedes, el

cual dice: que si un cuerpo sumergido parcial totalmente en un fluido, este ejerce una fuerza

hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo. Flotabilidad:

Si tenemos un cuerpo sumergido en un líquido, podemos predecir si flotará total o

parcialmente sumergido, o bien descenderá hasta el fondo del recipiente

El laboratorio consto de dos partes, en una ver el peso real de un cuerpo y otro de ver la

flotación de los cuerpos, en una explicación más clara tenemos que el principio descubierto

por el científico griego Arquímedes, en donde estando un cuerpo sumergido en un fluido, se

mantiene a flote por una fuerza igual al peso del fluido. Este principio, también conocido

como la ley de hidrostática, se aplica a los cuerpos, tanto en flotación, como a los

sumergidos; y a todos los fluidos. El principio de Arquímedes también hace posible la

determinación de la densidad de un objeto de forma irregular, de manera que su volumen

no se mide directamente. Si el objeto se pesa primero en el aire y luego en el en agua,

entonces; la diferencia de estos dos será la fuerza hidrostática o empuje hidrostático, y el

agua desalojada al sumergirlo será el volumen del cuerpo. Así la densidad del objeto puede

determinarse prontamente, dividendo el peso entre el volumen.

Si tenemos un cuerpo sumergido en un fluido (en nuestro caso consideraremos el agua),

podremos observar que el peso del cuerpo parece disminuir a medida que el cuerpo se

sumerge en el líquido. En este caso, el peso del cuerpo depende de varios factores:

a.- En primer lugar, la propia masa del cuerpo.

b.- En segundo lugar, la densidad del líquido.

c.- En tercer lugar, la volumen del cuerpo que está sumergida en el fluido.

La propia masa de un cuerpo determinará el peso real de dicho cuerpo. El tipo de líquido

(su densidad) en que se sumerge el cuerpo y la porción del cuerpo sumergido.

Objetivos

1. Determinar experimentalmente el peso real y el peso aparente de un cuerpo.

2. Verificar experimentalmente el principio de Arquímedes, utilizando el volumen

desalojado por un cuerpo al sumergirlo en un líquido (agua).

3. Desarrollar un concepto más claro sobre la aplicación del principio de Arquímedes.

4. Implementar los diferentes conceptos teóricos aprendidos con anterioridad a los

determinados conceptos necesarios en la práctica para tener una mejor precisión en

la recopilación de datos y una adecuada comprensión de los mismos.

Materiales y equipo utilizado Pie estativo

Varilla de soporte de 60 cm y 10 cm

Nuez doble

Dinamómetro de 2N

Vaso de expansión 250 ml

Probeta

Beaker de 100 ml, 250 ml, 600 ml

Materiales(Cubo, Nuez y pieza de ranura )

Sedal, cinta métrica o regla

Columna de madera, aluminio o hierro, tapón de goma, plastilina, unión en forma de T.

Montaje experimental

Con los materiales ante mencionado se procedió a armar el equipo, primero se colocó el

pie estativo en la mesa como base para colocar la varilla de soporte de 60 cm, en la varilla

de soporte se colocó la varilla de soporte 10 cm, en esta varilla de 10 cm se colocó la nuez

doble en la cual iría enganchado el dinamómetro de 2 N, el sedal se utilizó parara colocar

el cuerpo irregular que posteriormente se sumergiría en el agua.

Con esto en si el equipo ya está armado, luego se procede a colocar los materiales para el

tipo de experimento, como el experimento consiste en sumergir un cuerpo irregular dentro

de un recipiente con agua, esto para obtener el peso real

(aire) y el peso aparente (agua), debajo del dinamómetro se

coloca en vaso de expansión, en el cual desalojaría el agua

al introducir el cuerpo, en donde estaba el tubo de

expansión donde sale el agua se colocó el beaker para que

el agua desalojada se acumulara en él.

Los demás materiales se ocuparon para el experimento de

flotación, pero al resultado final del montaje de todos los

materiales quedo como muestra la imagen.

Este equipo en este experimento es de gran ayuda ya que

para el cálculo de empuje hidrostático se necesitaba saber el

peso del cuerpo y el volumen, como estos eran cuerpos

irregulares no tenían medidas sencillas de realizar, entonces

mediante estos materiales se podía ser posible medirlo, e l volumen del cuerpo se mediría

por el líquido desalojado al introducirlo en el vaso de expansión, el peso real y aparente por

medio del dinamómetro que esta sostenido en la varilla de 10 cm. Todo el procedimiento y

los resultados obtenidos se presentan a continuación.

Procedimiento El procedimiento se realizó en base a las indicaciones que el docente impartió, el cual está

divido en dos partes, tratada sobre el principio de Arquímedes los resultados de todo este

procedimiento están en la tabla (1,2 y 3) respectivamente, a continuación se presentan los

procedimientos.

Parte I. Empuje hidrostático en cuerpos irregulares

¿Qué se hizo?

Se tomaron los objetos con los cuales se iban a trabajar (Pieza de ranura y nuez doble), las

cuales se pesaron con los dinamómetros para calcular su peso real al aire (Wr), y su peso

aparente dentro del agua (Wa), para el peso aparente se hizo uso del vaso de expansión el

cual se llenó hasta que rebasara el volumen que tenía como límite y luego se introdujo el

objeto dentro, se hizo uso del beaker para que el agua que desalojara el vaso de expansión

callera en él y saber de cuanto era el volumen del objeto, esto se hizo para los dos objetos

mencionados.

¿Cómo se hizo?

Para pieza de ranura.

Se pesó la pieza de ranura utilizando el dinamómetro, se determinó el peso en el aire (Wr)

dando como resultado un peso de: 0.45N , luego se realizó el peso aparente, se sumergió la

pieza dentro del vaso de expansión, al sumergir la pieza se obtuvieron dos datos, con el

dinamómetro el peso aparente que fue de: 0.35N , y con el beaker el volumen de la pieza de

ranura de: 9.00cm3, el volumen se calculó por medio del agua que el vaso de expansión

derramo al momento de sumergir la pieza de ranura, el agua derramada fue alojada en el

beaker.

Se aplicó el principio de Arquímedes para el cálculo del empuje hidrostático (Eh)

utilizando solo el peso al aire y el peso aparente que en una ecuación queda representado de

la siguiente forma Eh=Wr−Wa, para comparar resultados se aplicó una fórmula más

exacta que nos llevaría a ese dato, de la forma Eh=ρVg

Para el nuez doble

Se realizó el mismo procedimiento que el objeto anterior, con el dinamómetro se determinó

el peso al aire (Wr), y se obtuvo el valor de: 1.75N , se calculó con el dinamómetro el peso

aparente que es el que se sumergió en el vaso de expansión y el dato fue de: 1.35N ,

además al sumergirlo se obtuvo el volumen del objeto que era igual al agua derramada por

el vaso de expansión, el cual fue alojado en el beaker y fue de: 35.0cm3.

Se aplicó el principio de Arquímedes para el cálculo del empuje hidrostático, los datos

obtenidos se anotaron en la Tabla 1. Mostradas en la parte de Resultados y Análisis.

¿Para qué se hizo?

Todo el proceso anterior se hizo para calcular el Empuje hidrostáticos de dos formas la

primera mediante la diferencia entre el peso real (Wr) y el peso aparente (Wa) dando como

resultado los siguientes datos:

1. Eh=0.10N → para la pieza de ranura que es un cuerpo irregular 2. Eh=0.40N →para la nuez doble que es un cuerpo irregular.

Esto desarrollando experimentalmente el principio de Arquímedes, que el fluido ejerce

una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo que es el Empuje hidrostático.

Además la otra forma de poder calcular el empuje hidrostático (Eh) , es utilizando

formula enunciada: la densidad del líquido por el volumen del líquido desalojado por la

gravedad dando los siguiente resultados:

1. Eh=0.90N →para la pieza de ranura que es un cuerpo irregular

2. Eh=0.34N →para la nuez doble que es un cuerpo irregular

De estas dos formas se puede encontrar la fuerza ejercida de un líquido sobre un cuerpo

sumergido, que a esta fuerza se le denomina: Empuje hidrostático

Parte II. Flotabilidad

¿Qué se hizo?

Para esta parte del experimento de flotabilidad se tomaron los materiales a utilizar en esto

fueron: una columna de madera, columna de aluminio, tapón de goma, bola de plastilina y

unión en forma de T. Con esto se realizó el experimento de flotabilidad el cual se hizo en

un beaker de 600 ml. El cual se de agua el beaker y agregamos los materiales

correspondientes esto solamente para observar si flotaba o no, para dar un análisis claro del

porque no flotaba en el líquido. Además con la plastilina se creó un bola con la mitad de la

plastilina y se sumergió en el beaker con agua para ver si flotaba, con la misma cantidad de

plastilina se creó un barquito y también se ingresó en el recipiente con agua, esto para dar

una respuesta del porque los dos cuerpos de diferente forma, peso y cantidad uno se hunde

y el barco flota. Esta respuesta la daremos mas adelante.

¿Cómo se hizo?

Se llenó el beaker aproximadamente ¾ de agua y se agregaron sucesivamente los objetos

antes mencionados, esto para observar si flotaban o no, los resultados están escritos en la

Tabla No. 2.

Se dividió la plastilina en dos trozos iguales con uno de ellos se creó una bola y con el otro

un barquito se colocaron en el agua, además al barquito se le colocaron 10 bolitas de

plastilina para ver si seguía flotando los resultados se anotaron en la Tabla No. 3.

¿Para qué se hizo?

Esto se hizo con el propósito de conocer la densidad de un cuerpo relacionada a su

flotabilidad, para dar una explicación más clara de que depende la flotabilidad de un cuerpo

si es por su volumen y por su densidad o por cualquier otra propiedad del cuerpo, las

respuestas están comprendidas en la parte del cuestionario.

Resultado y análisis

Tabla 1. Resultados de las medidas

Objetos Cuerpo Wr(N) Wa (N) Vfd(cm3) Eh(N) (Met 1.)

Eh (N) (Met. 2)

Pieza de ranura Irregular 0.45 0.35 9.00 0.10 0.09Nuez doble Irregular 1.75 1.35 35.0 0.4 0.03

Tabla 2. Resultados obtenidos de los objetos.

Objetos Flota No flotaColumna de madera XColumna de aluminio XTapón de goma XBola de plastilina XUnión en forma T X

Tabla 3. Resultados obtenidos de la bola y el barquito

Objetos Flota No flotaBola X

Barquito X

Bola XBarquito X

Barquito vacío XBarquito cargado X

Observación: el barquito cargado floto hasta cierta cantidad de pelotitas, solo se pudieron colocar 5 pelotitas de plastilina, esto viene a concluir que esa era la capacidad de peso que podía resistir el barquito de plastilina.

Cuestionario1. Calcule el empuje hidrostático (Eh) utilizando la ecuación Eh=Wr−We

2. Calculo del empuje hidrostático utilizando el otro método Eh=ρ f V f g

Para nuez doble.

Wr=1.75N

Wa=1.35N

Eh=1.75N−1.35N

Eh=0.40N

Para Pieza de ranura.

Wr=0.45N

Wa=0.35N

Eh=0.45N−0.35N

Eh=0.10N

Para nuez doble.

V=9.0cm3=9.0 x10−6m3

ρ=1.0x 1 03 kg

c m3

Eh=(1.0 x1 03 kg

c m3)(9.0 x1 0−6m3)¿

Eh=0.09N

Para pieza de ranura

V=3.5cm3=3.5 x10−6m3

ρ=1.0x 1 03 kg

c m3

Eh=(1.0 x1 03 kg

c m3)(3.5 x1 0−6m3)¿

Eh=0.3N

3. Compare los resultados obtenidos del empuje hidrostático utilizando los dos

métodos que puede concluir.

Que los dos métodos tienes resultados considerables siempre y cuando se estén

realizando las medidas correctamente tomando en cuenta cada uno de los valores de los

materiales utilizados, es nuestro caso dos resultados no dieron respuestas iguales por el

motivo de la toma de datos no se haya efectuado correctamente, pero los resultados se

acercan. Además para nuestro criterio el que tiene la respuesta más exacta es la

ecuación completa en donde se toma en cuenta la densidad del líquido, el volumen

desalojado y la fuerza de gravedad.

4. ¿Qué efecto produce el empuje hidrostático sobre un cuerpo sumergido?

El empuje hidrostático es una fuerza que aparece sobre un cuerpo sumergido en un

líquido cuyo volumen es igual al líquido desalojado, la fuerza actúa de abajo hacia

arriba. Entonces el efecto es el de aparentar una quita de peso, si el peso del cuerpo es

superior al del empuje, siendo dos fuerzas opuestas, la fuerza neta, a veces llamada peso

aparente, es la resultante con sentido hacia abajo, el cuerpo se hunde pero no tan rápido

como si no existiera el empuje. Si el peso es igual al empuje, el efecto es provocar la

flotación del cuerpo. Si el peso es inferior al empuje la fuerza neta hacia arriba lleva al

cuerpo hasta la superficie hasta que se igualan el peso y el empuje quedando en

flotación estable.

5. Depende la flotabilidad de los cuerpos de su volumen. Explique

Si depende del volumen total pero este va relacionado con la densidad del cuerpo y

otras características del mismo, es así como para entender que la flotación depende de

la forma del objeto. Si se deja caer pelotitas de plastilina en el agua se hunde al fondo

porque la plastilina es más densa que el agua. Sin embargo, se la puede hacer flotar

cambiando su forma para aumentar su volumen.

6. ¿Por qué la bola de plastilina se hunde, y el barquito, del mismo material y la

misma masa no se hunde? Explique.

El barquito de plastilina flota porque tiene mayor volumen y por consiguiente desalojan

mucha agua, recibiendo un empuje hacia arriba suficiente para mantenerlo a flote. Al ir

añadiendo bolitas de plastilina, aun manteniendo el tamaño del barquito, pesa más, es

decir, tiene una densidad mayor. Mientras el agua desalojada tenga un peso mayor que

el barquito con las bolitas, este último permanecerá a flote aunque se sumerja cada vez

más; cuando el peso del barquito con las bolitas de plastilina supero al del agua

desalojada, el barquito se hundió.

Para dar una explicación clara podemos decir un cuerpo más denso que un fluido dado,

no puede flotar en dicho fluido. Así que, para que un barco flote, es necesario que la

densidad del barco sea menor que la del agua, y en efecto lo es porque aunque el barco

esté hecho de hierro, hemos de tener en cuenta su volumen total, el cual contiene mucha

cantidad de aire, de modo que todo el barco resulta menos denso que el agua del

océano.

Conclusiones

Se concluye que la densidad es una característica de cualquier sustancia liquida y sólida,

con la cual se pudo probar experimental el principio de Arquímedes respecto a la fuerza de

empuje que ejerce un líquido sobre un cuerpo sumergido en él.

Se pudo desarrollar un concepto más claro, avanzado y específico del que se tenía con

base en los fundamentos teóricos, partiendo de la práctica realizada. Se asimiló y

comprendió el uso correcto de los diferentes implementos dados para la práctica, aplicando

este conocimiento para futuras ocasiones. Se analizaron los diferentes resultados obtenidos

en la práctica efectuada, partiendo así, hacia una adecuada comprensión del principio de

Arquímedes.

Experimentalmente se puede comprobar que la fuerza de flotación no depende del material

del que está hecho el objeto sumergido, sino de las presiones hidrostáticas que ejerce el

fluido sobre el volumen de dicho objeto. Es por ello que podemos sustituirlo por el fluido

circundante con su misma forma y volumen. Esta cantidad de fluido experimentará el

mismo estado de presiones que el cuerpo.

Cuando un cuerpo se apoya o se sumerge en un líquido (o en un fluido) recibe de éste una

fuerza vertical de abajo hacia arriba llamada empuje (E). El empuje puede ser mayor,

menor o igual al peso del cuerpo; no depende del peso del cuerpo, los objetos a veces

pueden flotar en determinados líquidos, y hundirse en otros. Esto depende de la densidad

del líquido: a mayor densidad, mayor es el empuje que ejerce sobre el objeto, y por lo tanto

más difícil será hundirlo. Por ejemplo, el aceite, que es más pesado que el agua, y por lo

tanto menos denso, hace que sea más difícil hundir un objeto en él que hacerlo en agua

Recomendaciones

Armar correctamente el equipo antes de tomar las mediciones, para un correcto

cálculo de las mismas.

Verificar que el vaso de expansión este justo al borde, para que la medición sea más

exacta.

Verificar cual es la escala del dinamómetro, y si esta es suficiente para utilizarlo en

la medición del objeto.

Al proceder a medir el peso real (Wr), observar que el objeto se encuentre

suspendido por completo en el aire.

Al Proceder a medir el peso aparente (Wa) el objeto a medir, se encuentre

completamente sumergido en el agua.