LABORATORIO DE FISICA II

PRACTICA No. 6: FLOTACIN

TEORIA Al sumergir un objeto en un fluido, el fluido ejerce presin sobre toda la superficie de dicho objeto. Imaginemos que el objeto sumergido es un cubo. La presin que el fluido ejerce sobre la cara del lado derecho es la misma que la que el fluido ejerce sobre la cara del lado izquierdo. Al igual, la presin que ejerce el fluido en la cara anterior es la misma que en la cara posterior. De esta manera la suma de fuerzas es cero tanto en la direccin x (izquierda-derecha) como en la direccin y (anterior-posterior). Qu pasa en la direccin z? La presin ejercida por el fluido en la cara superior del cubo es menor que la presin que el fluido ejerce en la cara inferior. La presin se define como fuerza sobre unidad de rea y, en este caso, al hablar de presin nos referimos al peso de la columna de fluido sobre la cara en cuestin. De esta manera, el peso de la columna de fluido es menor en la cara inferior de un cubo que en la cara superior simplemente por su acomodo espacial. As, se tiene que la suma de las fuerzas en la direccin z es diferente de cero (presin en la cara superior es menor a la presin en la cara inferior). Se dice, entonces, que el fluido ejerce una fuerza neta sobre el objeto. Esta fuerza se dirige hacia arriba, esto es, empuja al objeto hacia afuera del fluido y recibe el nombre de fuerza de flotabilidad. Un objeto flota o se hunde en un fluido dependiendo de si su peso, dirigido hacia abajo, es mayor o menor que la fuerza de flotabilidad, dirigida hacia arriba. Si el peso del objeto sumergido es mayor que la fuerza de flotabilidad, el objeto se hundir hasta que la suma de las fuerzas sea igual a cero. Cuando el peso del objeto sumergido es igual a la fuerza de flotabilidad se tiene un equilibrio, esto es, la suma de las fuerzas es igual a cero y, por lo tanto, no hay movimiento. En este caso se dice que el objeto tiene flotabilidad neutra y el objeto se queda en ese punto. Por ltimo, si el peso del objeto sumergido es menor que la fuerza de flotabilidad, el objeto flotar. Generalmente, parte del objeto se queda sumergida. Cmo saber que porcin del objeto quedar sumergida? Para contestar a esta pregunta debemos primero analizar cmo calcular la fuerza de flotabilidad. Arqumedes dijo: todo cuerpo sumergido totalmente en un fluido experimenta una fuerza dirigida hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado. Esto quiere decir que si yo sumerjo un objeto de un volumen de 2 m3, el objeto desplazar un volumen de 2 m3 y la fuerza de flotabilidad (tambin conocida como empuje) ser el peso de 2 m3 de fluido. Es importante notar que la fuerza de flotabilidad que se ejerce sobre un objeto va a depender del peso especfico del fluido (proporcional a la densidad del fluido) y del volumen del objeto sumergido, pero no depender de la densidad del objeto sumergido. Por ejemplo, una piedra de 1 m3 se hunde en el agua pero 1 m3 de madera no. Esto se debe a la relacin entre el peso del cuerpo y la flotabilidad. La flotabilidad no vara entre los dos objetos, lo que vara es el peso. En el caso de la piedra el peso es mayor que la flotabilidad. Lo contrario sucede con la madera. Cuando la fuerza de flotabilidad es mayor que el peso del objeto sumergido, el objeto flota. Esto implica que parte de su volumen va a salir del fluido. Al buscar el

sistema un equilibrio, el objeto se acomoda en el fluido de forma tal que la fuerza de flotabilidad sea igual al peso. Dado que el peso de un objeto no vara, debe de ser la fuerza de flotabilidad en la que hay un cambio para que la suma de las fuerzas sea cero. La fuerza de flotabilidad es el peso del volumen de fluido desplazado, entonces, si un objeto no se encuentra totalmente sumergido, desplaza un volumen menor. Al desplazar un volumen menor, la fuerza de flotabilidad disminuye. As, el objeto se va a acomodar en el fluido de manera que el peso del volumen sumergido sea igual al peso del objeto. En esta prctica hay dos tipos de experimentos. Vamos a trabajar con el clculo de presiones y densidades para terminar de analizar el concepto de la presin en un fluido esttico y, posteriormente, realizaremos experimentos para analizar diferentes partes del concepto de flotabilidad.

Experimento 1: Flotabilidad en agua dulce Hallar la fuerza ascendente (flotabilidad) para diferentes pesas. Medir la diferencia de peso (peso seco y peso mojado) E peso mojado es la suma de peso del objeto (peso seco) y la fuerza de flotabilidad. Cunto vale la flotabilidad? Hacer una grfica de volumen desplazado como variable independiente y la fluerza de flotabilidad como variable dependiente. Realizar un ajuste lineal y discutir el significado de la pendiente. Corresponde esto con lo que establece Arqumedes? Recuerda calcular el error de todo y que mientras ms datos tengas mejores resultados vas a tener.

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Experimento 2: Flotablidad en agua de mar Repetir el experimento 2 utilizando agua de mar en lugar de agua dulce. Comparar los valores de la pendiente y discutir su significado. Te servira esto para encontrar la densidad del agua de mar? Explica. Experimento 3: Flotabilidad en aceite

Sumergir un objeto de peso conocido en aceite. Calcular la densidad del aceite utilizando el concepto de flotabilidad y compara con los resultados que obtuviste antes (si,con todo y error). Experimento 4: Boyas Utilizar un globo para mantener una pesa pequea flotando. Hallar el volumen deaire que necesitas poner en el globo para mantenerla flotando con el globo totalmente sumergido. Hallar el volumen de aire que necesitas poner en el globo para mantener la pesa flotando con el globo parcialmente sumergido. Cul es mayor? porqu? cmo se relaciona esto con la fuerza de flotabilidad? Hallar el volumen de aceite que necesitas poner en el globo para mantener la pesa flotando. Cmo difiere del volumen de aire? porqu? Qu relacin hay entre el peso del objeto y el volumen del fluido desplazado?

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