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HIDROSTATICA L AB ORATORI O Nº4: M AU RO QUIROGA gina 1 INTRODUCCION La H i dros ti ca e s la par te de l a f í s i ca qu e e s tudi a l os fl u i dos l í qui dos e n r e pos o. E nt endemos por f l ui do cual qui e r s ustanci a con capaci dad par a f l ui r , como e s el cas o de l os l í quidos y l os gas e s . É s tos s e car acte r izan por car e ce r de f or ma pr opia y por lo tan to, ado ptar l a de l r e cipi e nte que l os conti e n e. Por otr a par te, l os lí qu i dos (di f íci l ment e c ompr e s i bl e s ) p os e e n volu me n pr opi o mi e nt r as que l os gas e s (co mpr e s i bl e s ), ocupan l a totali dad de l vol u me n de l re cipi e nt e que l os conti e n e . Todo fluido soporta fuerzas normales o perpendiculares a sus fronteras, sin que haya escurrimiento, y puede estar en e qui l i br i o bajo l a ac ci ó n de un a di ver s i dad de f uer z as de e s te tipo. S i n e mbargo, un f l ui do no puede r e s i s ti r l a acció n de un a f uerz a tan ge ncial, ya que tan pr on to como se e je r ce e s te ti po de f u e rza, el fl u i do r e s pon de desl i z á n dos e s obr e su s fr on ter as , pr ovocando e l mov i miento de l f lu i do. Por l o tan to, un a condi ción nec e s ar i a para que un f l ui do e s e n equilibrio, es que sus fronteras sólo experimenten fuerzas nor mal e s (pe rpe n di cul ar e s ).

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HIDROSTATICA 

LABORATORI O Nº 4: MAURO QUI ROGA Página 1 

INTRODUCCION La H idrostática es la par te de la física que estudia los fluidos líquidos en reposo. Entendemos por fluido cualquier sustancia 

con capacidad para fluir , como es el caso de los líquidos y los gases. Éstos se caracter izan por carecer de forma propia y por lo tanto, adoptar la del recipiente que los contiene.

Por otra par te, los líquidos (difícilmente compresibles) poseen volumen propio mientras que los gases (compresibles), ocupan la totali dad del volumen del recipi ente que los contiene. Todo fluido soporta fuerzas normales o perpendiculares a sus 

fronteras, sin que haya escurrimiento, y puede estar en equi l ibr io bajo la acción de una diversidad de fuerzas de este tipo.

Sin embargo, un fluido no puede resistir la acción de una fuerza tangencial, ya que tan pronto como se ejerce este tipo de fuerza,el f luido responde desl izándose sobre sus fr onteras, provocando el movimiento del f lu ido.

Por lo tanto, una condición necesaria para que un fluido estéen equilibrio, es que sus fronteras sólo experimenten fuerzas normales (perpendiculares).

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HIDROSTÁTICA

1.  OBJETIVOS: 

 Encontrar el valor de la fuerza de empuje ejercida por un líquido. 

 Determinaciones de densidades de sólidos y líquidos. 

Utilizando el principio de Arquímedes, determinar la densidad relativa de

un sólido y un líquido.

2.  EQUIPOS Y MATERIALES : 

Una (01) ProbetaUn (01) trozo de hilo (30 cm).

Una (01) cantidad de agua (Recomendada).

Una (01) Balanza.

Un (01) Vernier o pie de rey

Una (01) wincha.

Tres (03) Solidos cilíndricos (Cuerpos problema).

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3.  FUNDAMENTO TEÓRICO: 

PRINCIPIOS DE ARQUÍMEDES: 

Todo cuerpo, total o parcialmente sumergido en un líquido sufre por parte de este, un

empuje de abajo hacia arriba y es igual al peso del líquido desalojado. Un cuerpo

 sumergido está sometido a 2 fuerzas, su peso y el empuje del líquido.

∑      

E: Empuje

W : Peso

: Peso especifico del líquido.

: 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 líquido, tal como se muestra en la Figura Nº 1, el dinamómetro o

balanza, indicara un peso aparente W* menor que el anterior, habiendo experimentado

 por tanto una disminución en su peso. Esta disminución se debe al empuje (E) queejerce el líquido sobre el cuerpo.

 E =W − = 0

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 FIGURA Nº 1: (a) Medida del peso de un cuerpo en el aire. (b) Medida del peso de los

cuerpos Sumergido en un líquido.

 En virtud del principio de Arquímedes que establece: La magnitud de la fuerza de

empuje sobre todo cuerpo, total o parcialmente sumergido, es igual al peso del fluidodesalojado, entonces, se tiene que:

 Remplazando esta última expresión en (4) y considerando que el volumen del líquido

desalojado es igual al volumen del cuerpo sumergido se obtendrá la densidad del 

cuerpo en función del empuje, ecuación (9).

 

   

 

 

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Con la expresión (8) se puede calcular la densidad de cuerpos sólidos cuya densidad 

 sea mayor que la del líquido utilizado.

 FIGURA Nº 2: (a) Un objeto totalmente sumergido que es menos denso que el fluido en

el que está inmerso experimentara una fuerza neta hacia arriba. (b) Un objeto

 sumergido totalmente que es más denso que el fluido se hunde.

 DENSIDAD (ρ): En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una ma gnitud escalar 

referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia.

 Es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

Donde: 

 

 ρ = densidad  

m = masa

V = volumen

EMPUJE (E):  El empuje en fluidos es la fuerza que se opone al peso cuando este trata

de hundirse. 

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4.  PROCEDIM IENTOS : 

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APLI CANDO EL CONCEPTO DE DENSIDAD: 

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

la probeta graduada determina sus respectivos volúmenes, anote sus datos en la

TABLA N° 1.

TABLA N°1: M edidas de Masas y Volúmenes 

CUERPO N° MASA (g)   VOLUMEN (  ) 

1 126.6 g  9.55  

2 29.5 g  13.83  

3 197.8 g  14.56  

CUERPO N°1 

 D = 1.6 cm

h = 4.75 cm

V = * (  * h

V =

. ( 

 

* 4.75 cm

V = 9.55  

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CUERPO N°2 

 D = 1.93 cm

h = 4.73 cm

V = * (  * h

V = * (   * 4.73 cm

V = 13.83  

CUERPO N°3 

 D = 1.98 cm

h = 4.73 cm

V = * (  * h

V = * (   * 4.73 cm

V = 14.56  

2. Con los datos de la Tabla N°1, calcu le la densidad para cada cuerpo.

TABLA N°2: Calculo de la Densidad 

CUERPO N°  DENSIDADES (g/  )  

1  13.25 g/  

2  2.133 g/  

3  13.58 g/  

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CUERPO N°1 

m = 126.6 g 

V = 9.55  

= =

 

= 13.25 g/  

CUERPO N°2 

m = 29.5 g 

V = 13.83  

= =

 

= 2.133 g/  

CUERPO N°3 

m = 197.8 g 

V = 14.56  

= =

 

= 13.58 g/  

APLI CANDO EL PRINCI PIO DE ARQUÍMEDES: 

3. Mida el peso de los cuerpos problema en el aire, anótelos en la Tabla N° 3

4. Luego mida el peso cuando esté totalmente sumergido en agua. Cuantifique el 

empuje y la densidad usando la ecuación (7) y (9) respectivamente.

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TABLA N°3: Calculo de los Pesos 

CUERPO N° 

PESO REAL

(EN EL AIRE) 

PESO APARENTE 

(EN EL AGUA) 

1 1.39 N 1.28 N 

2 0.44 N 0.29 N 

3 2.13 N 1.97 N 

TABL A N°4: Calculo del Empuje 

CUERPO N° EMPUJES (N)   DENSIDADES (g/  ) 

1  0.15 N  12.63 g/  

2  0.15 N  2.2 g/  

3  0.19 N  13.31 g/  

EMPUJES (N) 

CUERPO N°1 

 E = W - W´ 

 E = 1.39 N - 1.24 N 

 E = 0.15 N 

CUERPO N°2 

 E = W - W´ 

 E = 0.44 N  – 0.29 N 

 E = 0.15 N 

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CUERPO N°3 

 E = W - W´ 

 E = 2.13 N  – 1.94 N 

 E = 0.19 N 

DENSIDADES (g/  ) 

CUERPO N°1 

= (    

  )  

= (     ) 1.g/  

= 12.63 g/  

CUERPO N°2 

= (    

  )  

= (   –   ) 1.g/  

= 2.2 g/  

CUERPO N°3 

= (    

  )  

= (   –   ) 1.g/  

= 13.31 g/  

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5.  ACTIVIDAD: 

 Del procedimiento (4) en la Tabla Nº 4 usted a determinado la densidad experimental.

 Busque en tablas de las Referencias las densidades de las muestras usadas y llene la siguiente tabla, para ello también tiene que calcular el error relativo porcentual.

TABLA N°5: Comparación de Densidades  

CUERPO 

N° 

DENSIDAD 

REFERENCIAL

(g/  ) 

DENSIDAD 

EXPERIMENTAL

(g/  ) 

ERROR RELAT IVO 

PORCENTUAL

(%) 

1  12.25 g/  12.63. g/   3.1 %

2  2.13 g/   2.2 g/   3.28 %

3  13.58 g/   13.31 g/   1.98 %

ERROR RELATI VO PORCENTUAL (%) 

CUERPO N°1 

(%) = | D. Referencial  – D. Experimental.| 100 %  D. Referencial 

(%) = . 100 % 

(%) = 3.1 %

CUERPO N°2 

(%) = | D. Referencial  – D. Experimental.|100 %  D. Referencial 

(%) = . 100 %

(%) = 3. 28 %

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CUERPO N°3 

(%) = | D. Referencial  – D. Experimental.| 100 % 

 D. Referencial 

(%) = . 100 % 

(%) = 1.98 %

6. CUESTIONARIO: 

1. Un cuerpo sumergido totalmente en un f lu ido recibe un empuj e ver ticalmente hacia arr iba. ¿Cómo harías para que el mismo cuerpo y en el mi smo f lui do varíe su empuje? 

Como sabemos la ecuación de la fuerza de empuje que experimenta un cuerpo cunado

está sumergido (parcial o totalmente) es:

 E = p. g. Vs, donde:

 E: empuje (por ser una fuerza esta en N)

 p: densidad fluido

 g: gravedad (9.81 m/  )Vs: volumen sumergido del cuerpo.

Como vemos, si el cuerpo sigue en el mismo fluido la única manera de variar el 

empuje es cambiado el volumen sumergido, es decir tratando de hundirlo más o

 sacándolo parcialmente.

2.  ¿Quéprocedimiento segui rías para determinar la densidad de un sól ido que f lota en agua (madera por ejemplo), empleando el pr incipio de Ar químedes? 

Se midió el peso de un trozo de madera mediante un sensor de fuerza que determinabala tensión producida en la cuerda por dicho peso. Acto seguido, se tomó el peso del mismo objeto, esta vez sumergido en agua.

Ya que la madera flota en el agua, se procedió a sujetarla a una plomada de cobre, demanera que ésta fuese sumergida junto con ella al agua. Por último se pesóúnicamente la plomada de cobre. 

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Datos Obtenidos: 

 Peso de la madera en el aire: 0.28 N  Peso de la madera y la plomada en el agua: 1.95 N 

3. En nuestro planeta existe un mar denominado el Mar Muerto. Averigüe porque se conoce con ese nombre y que impl icancias tiene en la fl otación de los cuerpos.

 El Mar Muerto es un lago endorreico que se caracteriza por ser muy salado y que se

encuentra ubicado a unos 416,5 metros por debajo del nivel del mar entre Israel,

Cisjordania y Jordania. Por tal motivo es considerado como el lugar más bajo de la

Tierra, ya que ocupa la parte más profunda en donde hay una depresión tectónica que

está atravesada por el río Jordán y que también incluye al conocido Lago de

Tiberíades.

 El Mar Muerto, se llama de esta manera porque posee entre 350 a 370 gramos de sal 

 por litro, por lo que ningún ser vivo habita en él, con excepción de algunos microbios.

 Posee una elevada salinidad, motivo por el cual ningún ser humano puede hundirse en

 sus aguas, ya que logra flotar sin ningún esfuerzo, y esta es una característica que le

ha hecho mundialmente popular.

Turista del lado jordano flotando en las

aguas del mar Muerto, consecuencia de

la alta salinidad de este lago

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4. El plomo ti ene una densidad mayor que el hi er ro, y ambos son más densos que el agua. ¿La fuerza de flotación sobre un objeto de plomo es mayor que,menor que o igual a la fuerza de fl otación sobre un objeto de hierro del mismo volumen? 

 Es Igual. La fuerza de flotación solo depende del volumen desplazado de líquido, eneste caso agua, y de la densidad de la misma.

5. Un cil indro de uranio sóli do pesa 9.34 kg en el air e, 8.84 kg en el agua y 2.54 kg en otr o líquido. a) ¿Cuál es volumen del cil indro? b) ¿Cuál es la densidad del ci l indro de uranio? c) ¿Cuál es la densidad del líquido desconocido? d)  ¿I denti f ique dicho l iquido? 

 El cilindro de Uranio al ser sumergido en el agua reduce su peso (en este caso su

medición de masa) debido al empuje hidrostático, es decir la diferencia de su peso

 fuera y dentro del líquido es ese empuje que no es otra cosa que el peso del líquidodesplazado.

 Empuje= 9.34 kg - 8.84 kg = 0.5 kg 

es decir el cilindro desplaza 0.5 kg de agua y con la fórmula de la densidad del agua

 podemos encontrar el volumen desplazado que es igual al volumen del cilindro.

 Densidad =  

1000 kg / = 0.5 kg/v por lo tanto

v = 0.5 kg /1000 kg/  

v= 0.0005  

 Ahora como ya sabemos el volumen desplazado (0.0005  ), solo necesitamos

encontrar el peso de este volumen desplazado pero en el otro líquido.

 Empuje= 9.34 kg - 2.54 kg = 6.8 kg 

 y nuevamente aplicamos la fórmula de la densidad para este nuevo liquido

 Densidad= m/v = 6.8 kg/0.0005 = 13600 kg/  

 Buscando en las tablas de densidades encontramos que el mercurio tiene una densidad 

de 13 600 kg/  

 Es el mercurio el liquido desconocido

6. Un bar co viajara más alto en el agua de un lago tierra adentro o en el Océano, por qué.

 El barco flotará más alto en el agua del océano porque ésta es mucho más

densa debido a su alto contenido de sal. El agua de un lago no contiene tanta

 sal, por lo que su densidad es menor.

 En el océano, ya que el empuje (la fuerza que realiza el agua) es igual a la

densidad, por el volumen desalojado y por la gravedad, y la densidad del agua

 salada es un poco mayor que el agua dulce, luego habrá más fuerza de empuje.

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7. Un pez descansa en el fondo de una cubeta con agua mientras se está pesando. ¿Cuándo empieza a nadar dentr o de la cubeta, cambia el peso? 

 Para la mecánica clásica (Newton) el peso es una constante, es una magnitud 

escalar que no varía con el movimiento y es constante en cualquier parte del universo.Supongo se refiere a la masa, aunque el pez esté nadando, su masa no cambia,

ni el peso.

 La aceleración y velocidad no interviene para nada en el empuje ni ladensidad, por ello no habría variación del peso.

8. Para medir la densidad de líqui dos en f orma directa. Existen dispositivos denominados DENSÍMETROS. Si un mismo densímetro se introduce en dos líqui dos diferentes tal como se muestra en la f igur a siguiente, diga cuál de los líquidos es más denso. F undamente su respuesta.

 El líquido B, dado que su fuerza de empuje es mayor y por ello la barra está

más levantada. 

 FIGURA Nº 3: Medición con el densímetro

Un objeto parcialmente sumergido o totalmente sumergido es empujado por la fuerza de flotación; la densidad interactúa de forma que la masa del objeto es reemplazado por su

densidad y el volumen haciendo una comparación con la densidad del fluido que lo contiene.

Si la densidad del objeto es menor que la densidad del líquido éste lo empujará hacia arriba,dando por entendido que la densidad es la que determina cuan profundo puede sumergirse unobjeto en un líquido.

Por lo tanto el líquido B es más denso que el líquido A.

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7. OBSERVACIONES: 

 La experiencia se llevó a cabo sin ninguna complicación y con la correcta toma dedatos.

 Basados en el principio de Arquímedes, se intentó conseguir información suficientede las medidas de fuerzas actuando sobre un objeto. Esta información fue útil para objetos cuya densidad no supera a la del líquido en

donde éste está inmerso.

8. RECOMENDACIONES.

 Recomendaría utilizar un material u objeto que permita observar las dos partes deun objeto en el fluido :

   La parte sumergida 

 La parte no sumergida

 Para poder tener una noción experimental de lo que ocurre en un buque. Mantener siempre pautas a la hora de hacer una medición o alguna medida dealgún dispositivo, para mantener un mayor orden.

9. CONCLUSIONES: 

 Mediante el método experimental se ha podido determinar que la tensión (T) de un

cuerpo sostenido en dicho cable no es proporcional al peso; sino a la sumatoria de

todas las fuerzas que existen como: el empuje del agua (B) + el peso (W).

   En el equilibrio:∑ F=0 

 B + (-W) + T = 0

T = W - B

 Los líquidos varían en su comportamiento según sea su composición y dependiendo dela ubicación (altitud) en donde estén. La Fuerza de flotación es proporcional a la densidad del fluido, no a la densidad del 

objeto. Cuanto, mas denso es el fluido, mayor será la fuerza de flotación y menor será

la tensión en el cable.

 Basados en el Principio de Arquímedes, vemos que se puede calcular la densidad de unobjeto, entre otras magnitudes, sólo utilizando sus fuerzas.

 Esta clase de experimentos hecho en el laboratorio presentan mayor veracidad si sonllevados a cabo para objetos de densidad mayor que la del fluido donde serán sumergidos, de lo contrario no se garantiza una efectividad que caracterice a un buenexperimento.

10. REFERENCIAS :  

Sears, F. Zemansky, M. (1971) FISICA GENERAL VOL 1 5 ED. Barcelona:

 España. Aguilar.

www.google.com

www.rincondelvago.com

www.buenastareas.com

Serway .Jewett Física para ciencias e ingeniería.

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