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OBJETIVOS

Investigar el principio de Arquímedes y la fuerza de flotación que actúa sobre un objeto

RESUMEN

Determinar la densidad de un objeto de forma definida y comprobando su veracidad empleando el principio de Arquímedes, como además observar el comportamiento de buzo de Descartes mediante la aplicación del principio de Arquímedes como también el principio de Pascal

INTRODUCCION

El principio de Arquímedes establece que: Si un esta parcial o totalmente sumergido en un fluido, éste ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo y recibe el nombre de empuje hidrostático.

Un objeto de mayor densidad que la del fluido desaloja un volumen de agua cuyo peso es menor que el peso del objeto. Por lo tanto, el objeto se hunde en el fluido, porque

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la fuerza del empuje es menor que el peso del objeto, mientras este bajo el fluido. Si tratamos de elevar el objeto mientras este bajo el fluido, encontramos que exige menos fuerza que el peso normal del objeto, siendo la diferencia la fuerza de empuje.

Un objeto de densidad menor que la del fluido experimenta una fuerza hacia arriba cuando esta completamente sumergido, porque el peso del fluido desalojado es mayor que el peso del objeto. Por lo tanto, el objeto se eleva hasta la superficie, y continua elevándose hasta que la parte de él que queda sumergida sea el volumen necesario para desalojar el fluido cuyo peso es igual al peso total del objeto. En esa situación el objeto flota en equilibrio.

EL BUZO DE DESCARTES

El buzo de Descartes (Cartesian diver) en la literatura en ingles, llamado así debido a que pone de manifiesto como una pequeña fuerza es capaz de producir un gran desplazamiento en un cuerpo que flota.

Un buzo de Descartes consta esencialmente de un pequeño tubo, abierto por su parte inferior, que flota en el interior de una botella casi llena de agua y cerrada por un tapón

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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Flotación de un cuerpo

En este experimento, usted investigara la fuerza de flotación del agua que actúa sobre un objeto.Debe determinar la densidad (ρ) de la muestra dada, a través de la expresión.

ρ =

masavolumen

Buzo de Descartes

Se llena el gotero parcialmente con agua, y se coloca dentro de la botella completamente llena de agua (el gotero debe flotar sumergido casi por completo)Recubra la abertura de la botella con una membrana de caucho (globo) y varíe la presión en el interior de la botella, aplastando y soltando la membrana.

RESULTADOS

Datos

Masa del cuerpo= 58.40 0.01 gr

Tabla de datos

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a 1.48 0.01 cm

b 2.23 0.01 cm

c 2.50 0.01 cm

d 3.91 0.01 cm

e 2.73 0.01 cm

f 4.33 0.01 cm

h 2.10 0.01 cm

Operaciones

1)V1= c*d*e

V1= 2.50*3.91*2.73

V1= 26.69 cm³

∆V1= (d*e) ∆a + (c*e) ∆d +(c*d) ∆e

∆V1= (3.91*2.73) (0.01) + (2.50*2.73) (0.01) + (2.50*3.91) (0.01)

∆V1= 0.27 cm³

2)V2= h*a*e

V2= 2.10*1.48*2.73

V2= 8.48 cm³

∆V2= (a*e) ∆h + (h*e) ∆a + (h*a) ∆e

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∆V2= (1.48*2.73) (0.01) + (2.10*2.73) (0.01) + (2.10*1.48) (0.01)

∆V2= 0.12 cm³

3)V3= b*e*a

V3= 2.23*2.73*1.48

V3= 9.01 cm³

∆V3= (e*a)∆b + (b*a)∆e + (b*e)∆a

∆V3= (2.73*1.48) (0.01) + (2.23*1.48) (0.01) + (2.23*2.73) (0.01)

∆V3= 0.13 cm³

4)Vtotal= V1 + V2 + V3

Vtotal= 26.69 + 8.48 + 9.01

Vtotal= 44.18 cm³

∆Vtotal= ∆V1 + ∆V2 + ∆V3

∆Vtotal= 0.27 + 0.12 + 0.13

∆Vtotal= 0.52 cm³

Volúmenes cm³V1 26.69 0.27V2 8.48 0.12V3 9.01 0.13

Vtotal 44.18 0.52

Cálculos

ρ=Masa

Vtotal ∆ρ= ∆M*(1/ Vtotal) + M ∆Vtotal *(1/V²)

ρ=

58 . 4044 .18 ∆ρ=

0 . 0144 .18 +

58 . 40∗0 .5244 .18 ²

ρ= 1.32 gr

cm³ ∆ρ= 0.01 gr

cm³

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Resultados

ρ (1.32 0.01) gr

cm³

DISCUSIÓN

Los resultados obtenidos evidentemente posee errores, unos de los motivos, es por el mal uso del los instrumentos de medición como al momento de tomar los datos, cabe señalar que el cuerpo, al cual se determino su densidad es de forma regular, por lo que una mala medición en cualquiera de sus lados afecta directamente al resultado que uno espera, haciendo que la práctica fracase.

Por otro lado, se pudo observar el comportamiento del Buzo de Descartes, de acuerdo al principio de Arquímedes, el gotero flota debido a que el peso del agua desalojada por la burbuja de aire y por el vidrio es mayor que el peso del vidrio.Cuando se aprieta la botella, el volumen de aire disminuye y la presión en el interior de la botella aumenta, y de acuerdo con el principio de Pascal, este aumento de presión se extiende a todo el sistema, en concreto, a la burbuja de aire atrapada en el gotero, que también disminuye su volumen.

Cuando se alcance una presión tal que el peso del agua desalojada por la burbuja sea inferior al peso del vidrio, el

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gotero se hundirá, mientras mayor sea la profundidad mayor es la presión haciendo que el gotero tenga un mayor descenso.

CONCLUSIONES

Se pudo determinar la densidad del cuerpo empleando la

relación ρ =masa

volumen y verificando la misma, con el empleo del principio de Arquímedes, el resultado obtenido fue el que estimábamos ya que al momento de introducir el cuerpo en el fluido que en este caso

fue agua, en efecto, este se sumergió por completo debido a que la densidad obtenida fue mayor que la del agua.

También se observo el comportamiento del buzo de Descartes donde nos pudimos dar cuenta que al una fuerza sobre las paredes de la botella logramos que le tamaño de la burbuja de aire en el interior del gotero disminuya, y la presión en el interior de la botella aumente, mientras mayor sea la profundidad, mayor será la presión, alcanzando que cambia de posición unas veces sumergiéndose ligeramente, otras sumergiéndose hasta el fondo y volviendo a su posición inicial al cesar la presión externa.

ANEXOS

A) Escriba sus observaciones acerca de lo que ocurrió con el gotero.

A medida que se variaba la distancia al cual se ejercía una presión en la pared de la botella, el gotero descendía ligeramente, mientras a mayor profundidad se aplicaba la presión, el gotero descendía una mayor distancia con respecto a su posición inicial, al cesar la presión el gotero retornaba a su posición inicial.

B) ¿El material que usted utilizó debería flotar en el agua? Explique

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No debe flotar debido a que la densidad del cuerpo ya calculada es mayor que la del agua, logrando así que se sumerja por completo.

C) Utilizando el Principio de Arquímedes, ¿Cómo podría determinar la densidad de un cuerpo de forma irregular?

Para medir la densidad de un cuerpo es necesario conocer su masa y su volumen.Determinamos la masa del cuerpo a través de una balanza, en un vaso de precipitado, o cualquier recipiente que tenga unidades de volumen se coloca agua hasta cierto nivel, sumergimos el cuerpo, anotamos cuanto aumento el nivel del agua, la diferencia de niveles indica el volumen de agua que desplazó la roca ( el cual es también el volumen de la roca). Tenemos la masa y el volumen, ya solo tenemos que aplicar la formula de densidad densidad=masa/volumen.

D) Dentro de agua pura, el huevo crudo se hunde; dentro de agua salada, el mismo huevo flota. Por qué?

Se debe a que el agua salada es más densa que el agua pura, haciendo que el empuje sobre el huevo supere su propio peso

E) ¿Flotará un cubo de hielo si se deposita sobre alcohol o gasolina? Explique

Si introducimos hielo en alcohol o gasolina el hielo se hunde porque el alcohol tiene un densidad menor que la del hielo (0.958 gr/cm3 100 cº), la densidad del alcohol es de (0.789 gr/cm3) y el de la gasolina es de (0.680 gr/cm3).

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F) ¿Por qué el gotero (buzo de Descartes) presenta el comportamiento que usted observó?

Cuando se aprieta la botella, el volumen de aire disminuye y la presión en el interior de la botella aumenta, este aumento de presión se extiende a todo el sistema, en concreto, a la

burbuja de aire atrapada en el gotero, que también disminuye su volumen.

Mientras la fuerza se aplica a mayor distancia con respecto a la posición inicial del gotero, mayor será la presión en el interior de la botella logrando así que el gotero se sumerja a mayor profundidad.

BIBLIOGRAFIA

http://usuarios.lycos.es/pefeco/arquimides/arquimedes_indice.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes

http://www.monografias.com/trabajos12/arqui/arqui.shtml

http://www.unla.edu.ar/abremate/e5.htm

http://www.loreto.unican.es/IES2005/08IES(Cartesian).pdf

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FOTOS DE LA PRACTICA

Flotación de un cuerpo

Buzo de Descartes

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