UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLÓGICA DEL CONO SUR DE LIMA

LABORATORIO # 4: ONDAS DE SONIDO

FISICA II

PROFESOR : PERCY V. FAJARDO CAÑOTE

TEMA: HIDROSTATICA

INTEGRANTES:

Cesar Saavedra Saavedra Jorge Rosas HurachiWilmer Quintanilla CotaquispeNoemi Usuhuay Ludeña

OBJETIVOS:Evaluar experimentalmente la paradoja hidrostática.Evaluar la variación de la presión con la profundidad en un líquido.Estudiar el principio de Arquímedes.

FUNDAMENTO TEORICO

Presión: fuerza normal por unidad de área aplicada sobre una superficie

P= F/A

Presión Hidrostática: presión debida al peso de un fluido en reposo sin

considerar la presión atmosférica. Es la presión que sufren los cuerpossumergidos en un líquido o fluido por el simple y sencillo hecho de sumergirsedentro de este. Se define por la fórmula:

Ph= d.g.h

Presión atmosférica: presión ejercida sobre la superficie terrestre por la masa de aire que se encuentra sobre la tierra.

Paradoja Hidrostática: La presión en un fluido estático al mismo nivel (a lamisma altura) es siempre la misma.

Manómetro: Instrumento que consta de un tubo en forma de U, utilizado para medir cambios de presión en un fluidos.Variación de la presión con la profundidad: la presión entre dos puntos de un fluido separados por una profundidad h se relacionan por:

P2 =P1 +D.g.h

Principio de Arquímedes: Todo fluido en reposo ejerce una fuerza ascensional llamada empuje hidrostático sobre cualquier cuerpo sumergido en ella, que es igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo.

E= DL.g.VL

MATERIALESUn soporte UniversalVaso de Precipitado (250 ml,100 ml)Barra (Fe, Al, madera)Platillo con pesas (150 g)Dos Nuez dobleDinamómetro (2N)Cinta métrica (2 m)Barra metálica y soporte de dinamómetroDos Campanas de vidrioBola y tapón de gomaTubo de vidrio recto (8 cm y 25 cm)Juego de sondas para presión hidrostáticaSoporte de tubosTubo de siliconaVaso de expansiónJeringa de 20 ml

PROCEDIMIENTOParte I

1. Instalar el equipo de acuerdo a la siguiente figura 3, llena las dos campanas hasta la mitad y observe el nivel de agua en las dos campanas.

2. Luego quita una de las campanas, y colóquela en diferentes posiciones observando en cada caso los niveles de agua en las campanas (como se muestra en las figuras 4 y 5).

3. Reemplace una de las campanas con un tubito de vidrio y observe los niveles de agua (como se muestran en las figuras 6, 7 y 8).

De acuerdo a la parte 1 del procedimiento:

¿Qué ocurre con los niveles de agua en los pasos 1 y 2? Explique.

En un líquido la presión depende de su densidad y de la altura. la presión sólo depende de la altura. Entonces, al igualarse las presiones porque es un solo tubo, los niveles (las alturas) son iguales.

¿Qué ocurre con los niveles de agua cuando se cambia una de las campanas por el tubo? Explique.

El nivel de agua es igual en la misma posición, pero cuando uno de ellos está en la parte inferior el nivel de agua aumenta y disminuye en el que se encuentra a mayor altura.

Parte II

4. Instale el manómetro en U de acuerdo a la figura 9, llene agua hasta que los dos tubos estén llenos hasta la mitad, conecte uno de los extremos del manómetro por medio un tubo de silicona a una de las sondas para medir la presión hidrostática, luego ponga agua en el vaso de precipitados y sumerja la sonda tal como se muestra en la figura 10.

70 cm

5. Utilice la sonda en forma de gancho para medir la presión hacia abajo, la sondaen ángulo recto para medir la presión hacia los lados y para la presión hacia arriba la sonda recta (en todos los casos sumerja la sonda 5 cm y realice las medidas 3 veces). Anote sus datos en la tabla 1.

6. Para evaluar la variación de la presión con la profundidad, sumerja la sonda recta de 10 cm en 10 cm, anote la profundidad h y la presión absoluta p en la tabla 2.

De acuerdo a la parte II del procedimiento.

Tabla 1.

A la

misma profundidad ,¿difieren las presiones hacia abajo , hacia arriba y hacia los

lados? Explique.

No, porque al observar en el cuadro nos damos cuenta de la inmensa similitud que tienen.Para obtener la presión multiplicamos la gravedad, la altura y la densidad del liquido es decir Pa = g*h*d -------} 9.8 X 0.05 X 0.4= 0.196 y llegamos a la conclusión que la presión es igual en las diferentes partes del recipiente donde se encuentra el fluido (liquido)

h(cm)

p(Pa)

Tabla2.

1 2 3 4 5 6 7

manómetro ∆l(cm) ∆lprom(cm) pH(Pa)

Hacia

abajo3.75 3.76 3.78 3.76 368.48

Hacia

arriba3.11 3.12 3.10 3.11 304.78

Sobre los

lados3.73 3.70 3.71 3.71 363.58

10 cm 20 cm 30 cm

105 200

40 cm 50 cm 60 cm

101000 102 200101 200 103 200 104 100 106 100

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Con los datos de la tabla2.Construya una grafica de P en función de h , y realice elajuste de curvas correspondiente .

En ciencias e ingeniería es frecuente que un experimento produzca un conjunto de datos (x1, y1), ..., (xN, yN ), siendo las abscisas {xk } distintas entre sí.Uno de los objetivos del cálculo numérico es la determinación de una fórmula y = f (x) que relacione las variables (ajustar una curva a datos experimentales).

La constante se encargara de ajustar la función para una mayor aproximación en los puntos.

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Explique que representa la pendiente de ajuste de curvas.

Dada una recta, gráficamente su pediente nos da su grado de inclinación. 

Pendiente positiva Pendiente negativa Pendiente nula

Cuando la recta es creciente (al aumentar los valores de x aumentan los de y), su pendiente es positiva, en la expresión analítica m>0

Cuando la recta es decreciente (al aumentar los valores de x disminuyen los de y), su pendiente es negativa, en la expresión analítica m<0

Cuando la recta es constante se dice que tiene pendiente nula, en la expresión analítica m=0

Por lo tanto concluimos que la presión aumenta en función a que la altura aumenta. Es decir a mayor profundidad mayor presión ya que el área que se encuentra en la parte superior es mayor y por lo tanto existirá más presión

Parte III

7. Principio de Arquímedes, llene aproximadamente ¾ del vaso de precipitados con agua, cuidadosamente coloque la barra de aluminio, madera, la unión plástica, tapón de goma y la bola de goma (como se muestra en la figura 11) y observe cuales flotan y cuales se hunden.

8. Llene con agua el vaso de expansión, justo hasta que rebose sobre el vaso deprecipitados, espere hasta que deje de gotear (como se muestra en la figura 12), seque con cuidado el vaso de precipitados y mida la masa m0 del vaso de precipitados.

9. Determine con el dinamómetro el peso en el aire de las masas de 50,100 y 150 g, luego sumerja completamente cada masa y usando un dinamómetro, mida el peso en el agua de las masas (como se muestra en la figura 13) y mida también la masa del agua desplazada.

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3. De la parte lll del procedimiento de que cantidades físicas depende la flotabilidad de los cuerpos. Explique.

Densidad La densidad es una propiedad física de las sustancias que relaciona su masa con el volumen, por lo tanto se considera una unidad derivad a. Se representa con la letra DPara determinar la densidad de un sólido o un líquido es necesario tener la masa y el volumen de este. Para este fin se utiliza la siguiente fórmula: D = M / VGeneralmente las unidades de masa son gramos, sobre unidades de volumen ( cm3 , ml )D = g / cm3

3.2 VolumenEl volumen es el espacio que ocupa una porción de materia. En el sistema internacional de medidas ( S.I ), la unidad del volumen es el metro cúbico ( m3 ). En las prácticas el metro cúbico era demasiado para trabajar con líquidos, por esto se utiliza el litro, que es la unidad de patrón de volumen en el sistema métrico

1L = 1000 cm.31L = 1000 ml1 cm. 3 = 1 ml

3.3 MasaLa masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo. Se ha establecido como

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estándar de referencia el kilogramo ( Kg. ), la unidad de masa de mayor uso en el estudio de la química es el gramo ( g. ), el cual equivale a una milésima parte del kilogramo

Con los datos de los pasos 8 y 9 del procedimiento complete la siguiente tabla.

Masa (G) Peso(N)

Peso aparente (N)

Empuje (N)

Peso de agua desplazada (N)

50 0.5 0.4 0.1 0.1274

100 0.9 0.7 0.2 0.196

150 1.8 1.3 0.5 0.462

Explique como calculo los el peso del agua desplazada.

Primero se pesa el vaso con el agua , luego se bota el agua y se pesa el vaso solo ; Luego la diferencia de estos será el peso del agua desplazada.

Compare los resultados obtenidos para el empuje y el peso de agua desplazada en cada caso. Explique sus resultados.

Los resultados son casi los mismos debido a que se cumple

E= mg – T

T = P ESO APARENTE

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E = 0.5 – 0.4 = 0.1

Empuje (N) Peso de agua desplazada (N)

0.1 0.1274

0.2 0.196

0.5 0.462

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CUESTIONARIO

1. Explique detalladamente el funcionamiento de un submarino

En los submarinos se usan dos principios muy importantes: El de Pascal y el de Arquímedes. 

El de Pascal hace que el submarino obtenga una fuerza resultante de empuje dirigida hacia la superficie; y bueno el de Arquímedes es usado para ascender y descender (desalojando y llenando el submarino con agua). Para así variar el empuje.

En otras palabras Los submarinos poseen dos compartimentos que facilitan su funcionamiento, llamados tanque de lastre. Cuando se desea que el submarino se hunda, simplemente llenan esos tanques con aire, y cuando se desea subir, se abren para expulsar el aire absorbido .

2. Explique las condiciones que se deben tener en cuenta para mantener un barco flotando en equilibrio estable (un barco que se inclina ligeramente de su posición de equilibrio vuelva a su posición de equilibrio).

Respecto a la estabilidad del barco tenemos que tener en cuenta la situación del peso y del empuje. El peso se aplica en el centro de gravedad y el empuje en el centro de empuje (que coincide con el centro de gravedad del fluido desalojado).

3. Explique la aplicación del principio de Arquímedes para determinar la densidad de los cuerpos de forma arbitraria.

El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «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 fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en Newton (en el SI). El principio de Arquímedes se formula así:

CONCLUSIONES

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Existe una fuerza de empuje en todo fluido, es decir liquido.

Al realizar el experimento de presión hidrostática, logramos observar que cada vez que aumentamos la profundidad esta hace que afecte la presión aumentándola de forma creciente tal como aparece en la grafica. 

La presión manométrica que experimentamos la podemos hallar basados en la presión hidrostática, esta comprende la presión atmosférica porque está afectada y ejerce fuerza sobre el liquido. 

Con esta práctica iniciamos que en la presión ejerce un líquido sobre la vasija que se encuentra, está influenciado por la densidad del mismo y la altura de este.

BIBLIOGRAFÍA

1. Física, Tipler, Paul A., Edit. W. Freeman; 6 Edición (2007)2. Manual De Laboratorio De Física UNI, 2009.3. Física Universitaria, F Sears, Y M. Zemanski, Edit. Addison- Wesley Pearson

12ª Edición (2007)

Física Recreativa, S. Gil Y E. Rodríguez, www.Fisicarecreativa.Com

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