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UNIVERSIDAD DON BOSCO<br />
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICA<br />
LABORATORIO DE FISICA<br />
ASIGNATURA: FISICA TECNICA<br />
I. OBJETIVO GENERAL<br />
LABORATORIO 8: PRINCIPIO DE ARQUIMEDES<br />
Determinar la fuerza de empuje ejercida por un fluido y la densidad de un sólido aplicando el Principio<br />
de Arquímedes<br />
II. INTRODUCCION TEORICA<br />
Un fluido es un conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas por fuerzas<br />
cohesivas débiles y por fuerzas ejercidas por las paredes de un recipiente.<br />
Se llama presión a la fuerza normal (perpendicular) por unidad de área. Si una fuerza F oprime una<br />
superficie, estando distribuida en un área A, la presión P se puede determinar usando la ecuación:<br />
donde A es el área sobre la cual se aplica una fuerza y F es la fuerza aplicada. La unidad utilizada para<br />
medir la presión en el Sistema Internacional es el Pascal (N/m 2 )<br />
La presión en un líquido aumenta linealmente con la profundidad. La presión atmosférica disminuye<br />
con el incremento en la altura. La presión en un líquido es la misma para todos los puntos que se<br />
encuentran al mismo nivel. A nivel del mar la presión atmosférica es 101.3 Kpa, o 14.7 lb/in 2 .<br />
Cualquier persona está familiarizada con la natación y otros deportes acuáticos ha observado que los<br />
objetos parecen perder peso cuando se sumergen en el agua. En realidad, el objeto puede incluso<br />
flotar en la superficie debido a la presión hacia arriba ejercida por el agua. Un antiguo matemático<br />
griego Arquímedes fue el primero que estudió el empuje vertical hacia arriba ejercido por los fluidos.<br />
El principio se enuncia así: "Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia<br />
arriba igual al peso del fluido desalojado".<br />
El principio de Arquímedes se puede demostrar estudiando las fuerzas que ejerce el fluido sobre un<br />
cuerpo que se encuentran suspendido en él.<br />
Al ir introduciendo el cuerpo en el líquido se va desalojando paulatinamente un volumen de líquido<br />
igual al volumen que se va introduciendo del cuerpo (Fig. N° 1)<br />
P <br />
Fig. N° 1<br />
F<br />
A
El líquido reacciona contra esa intromisión empujando al cuerpo con la misma fuerza que utilizaba para<br />
mantener al líquido que estaba allí. La fuerza de empuje ( F b ) es igual al peso del líquido desalojado.<br />
wL mL<br />
<br />
El peso del líquido desalojado es igual a la masa de líquido desalojado por la gravedad<br />
F v.. g m g<br />
b<br />
l<br />
También se puede calcular el empuje como: F w _<br />
b real waparente<br />
El equilibrio se produce cuando el<br />
peso del cuerpo en el vacío es igual al empuje. Si el peso es mayor que el empuje máximo (cuando<br />
está todo hundido) el cuerpo se desplaza hacia el fondo. Si el peso del líquido desalojado excede al<br />
peso del cuerpo sumergido, el cuerpo se elevará hasta la superficie y flotará. Cuando el cuerpo<br />
alcanza el equilibrio, desplazará su propio peso del líquido. El empuje no depende ni del tamaño del<br />
recipiente donde está sumergido el objeto ni de la profundidad a que se encuentre el cuerpo. La<br />
densidad del cuerpo sumergido se puede determinar utilizando la siguiente ecuación:<br />
m<br />
<br />
v<br />
III. TAREA PREVIA<br />
Investigar:<br />
1. Dos aplicaciones del Principio de Arquímedes<br />
2. La ecuación para determinar el volumen de los siguientes cuerpos: cilindro, esfera y caja rectangular<br />
3. Las definiciones de: peso real, peso aparente, fuerza de empuje<br />
IV. MATERIAL Y EQUIPO<br />
Varillas de sostén con base<br />
Calibrador vernier<br />
Probeta graduada de 100 ml<br />
Dinamómetro (valor máximo de 5 N)<br />
Recipiente de rebose<br />
Balanza<br />
Cuatro piezas de aluminio<br />
Agua<br />
V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL<br />
1. Medir la masa, el diámetro y la altura de cada cilindro. Anotar resultados en la tabla N° 1.<br />
Tabla N°1: Masa, diámetro y altura de los cilindros<br />
N° Cilindro m(kg) d(m) h(m)<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
2. Colocar agua en el recipiente de rebose y dejarla a punto de caer. Colocar la probeta seca, tal<br />
como se muestra en la Fig. N° 2.<br />
g
3. Ubicar el dinamómetro en el gancho del cilindro e introducirlo totalmente en el recipiente de rebose<br />
(Fig. N° 3). Anotar el valor del peso que registra el dinamómetro y el volumen desalojado por el<br />
cuerpo en la tabla N° 2 de la hoja de datos y análisis de resultados.<br />
Fig. N° 3<br />
Tabla N°2: Peso aparente y volumen desalojado por los cilindros<br />
N° cilindro wa(N) vd(m 3 )<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4
VII. HOJA DE ANALISIS DE RESULTADOS<br />
1. Utilizando los datos de la tabla N° 1 determinar el peso real y el volumen de cada cilindro dejando<br />
constancia de los cálculos. Completar la tabla N° 3<br />
Tabla N° 3. Peso real y volumen de los cilindros<br />
N° Cilindro m(kg) wr(N) d(m) h(m) v(m3)<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
2. Utilizando los datos de la tabla N° 3 determinar la densidad de los cilindros<br />
3. Encuentre el mejor valor de la densidad de los cilindros y determine el porcentaje de error respecto<br />
al valor teórico del aluminio
Física técnica. Laboratorio Nº 8. Hoja de criterios de evaluación de los resultados experimentales<br />
Departamento: Ciencias Básicas<br />
Laboratorio: Física NOTA<br />
Asignatura: Física Técnica<br />
Principio de Arquímedes<br />
N° Apellidos Nombres Carnet Firma GT<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
Nombre y firma del Docente de Laboratorio:<br />
MESA: GL: FECHA:<br />
N° Criterios a evaluar % Asignado % Obtenido Observaciones<br />
1 Presentación y orden del reporte 5<br />
2 Determinar el peso real y el volumen de cada<br />
cilindro dejando constancia de los cálculos.<br />
Completar la tabla N° 3<br />
3 Utilizando los datos de la tabla N° 3 determinar la<br />
densidad de los cilindros<br />
4 Determinar la fuerza de empuje en cada caso y<br />
completar la tabla N° 4<br />
5 Cuál es la relación de proporcionalidad entre las<br />
variables del gráfico<br />
6 Determinar la ecuación experimental del gráfico 10<br />
7 Qué representa la pendiente del gráfico 10<br />
8 A partir del valor de la pendiente del numeral 7.<br />
Determine el valor de la densidad del líquido y<br />
compare el resultado con el valor teórico del agua<br />
9 Según los porcentajes de error obtenidos en los<br />
numerales 3 y 8. Indique cuál método es más<br />
confiable<br />
10 Escriba dos aplicaciones del principio de<br />
Arquímedes<br />
11 Escriba sus conclusiones y comentarios 10<br />
10<br />
10<br />
10<br />
5<br />
10<br />
10<br />
10<br />
TOTAL DE PUNTOS 100