1.- COMPETENCIAS:
El estudiante estudia el empuje o fuerza que ejerce un fluido sobre un cuerpo total o parcialmente sumergido. 2.- MATERIALES Y EQUIPOS:
Soporte Universal
Cuerpos de distinta forma ( esfera)
Cuerpos de distinta forma ( paralelepípedo)
Cuerpos de distinta forma (cilindro)
Una cubeta con H 2 O
Dinamómetro
Calibrador de Vernier
Recipiente para el llenado del agua
2.- PROCEDIMIENTO:
a) para primer cuerpo:
Esfera
Tomar medidas utilizando el calibrador vernier. Determinar el peso del cuerpo utilizando el dinamómetro. Llenamos la cubeta con agua hasta enrasar 1 cm del final. Introducir el cuerpo estableciendo el peso del cuerpo. Cada estudiante debe repetir el procedimiento hasta llenar el cuadro de hoja de datos.
b) para segundo cuerpo: Paralelepípedo:
Tomar medidas del cuerpo utilizando el calibrador vernier. Determinar el peso del cuerpo utilizando el dinamómetro. Llenamos la cubeta con agua hasta enrasar 1 cm del final. Introducir el cuerpo hasta la marca luego estableciendo el peso del cuerpo. Cada estudiante debe repetir el procedimiento hasta llenar el cuadro de hoja de datos.
c) para tercer cuerpo: Cilindro:
Tomar medidas del cuerpo utilizando el calibrador vernier. Determinar el peso del cuerpo utilizando el dinamómetro. Llenamos la cubeta con agua hasta enrasar 1 cm del final. Introducir el cuerpo estableciendo el peso del cuerpo. Cada estudiante debe repetir el procedimiento hasta llenar el cuadro de hoja de datos.
MON TA J E
3.- CALCULOS
A) Tabla de datos
a) para primer cuerpo Esfera: Medidas:
Nº
W 1
W 2
[N.] Fuera del agua
[N.] Dentro del agua
1
1
2
Diámetro
Nº
Radio
1
5.06
2.53
0.4
2
5.07
2.535
1
0.2
3
5.05
2.525
3
1
0.4
4
5.08
2.54
4
1
0.3
5.065
2.5325
altura h[cm] 3.25
Radio r[cm] 1.61
̅
b) para segundo cuerpo cilindro: Medidas: [N.] Fuera del agua
[N.] Dentro del agua
1
Diámetro D[cm] 3.22
1
2.2
2
2
3.18
3.24
1.59
2
2.2
2
3
3.22
3.3
1.61
3
2.2
2
4
3.17
3.25
1.585
4
2.2
2
3.1975
3.26
1.59875
Nº
W 1
Nº
W 2
̅
c) para tercer cuerpo paralelepípedo: d) Medidas:
1
Largo a[cm] 15.2
Ancho b[cm] 6.81
Alto c[cm] 4.57
2.2
2
15.23
6.8
4.43
3
2.2
3
15.21
6.8
4.51
3
3
2.3
4
15.2
6.8
4,45
4
3
2
15.21
6.8025
4.49
Nº
W 1
W 2
[N.] Fuera del agua
[N.] Dentro del agua
1
3
2
Nº
̅
B) Cálculos:
Calculo de volumen de solidos:
Esfera:
̅ = = 0.0 [m]
Cilindro:
̅ = = 0.0 ̅ = ℎ = 0.0
= 43 = 43 ∗ (0.025325) = 6.803610−
= ℎ = ∗ (0.0159875m) ∗ 0.0326m = 2.617810−
Paralelepípedo:
̅ = = 0. ̅ = = 0.0 ̅ = = 0.0 = ∗ ∗ = 0.1521m ∗0.068025m ∗0.0449m Volumen total: = 4.645610− Volumen sumergido: = 0.0318m ∗ 0.068025m ∗ 0.0449m = 9.7127510−3 Entonces el volumen será:
∴ 9.7127510−3
Calculo Teórico Determinación del empuje:
= ( )
Para primer experimento: (Esfera)
Para segundo experimento: (Cilindro)
Para segundo experimento: (Paralelepipedo)
= ( ) = 1N 0.325N = 0.675 = ( ) = 2.2N 2N = 0.2 = ( ) = 3N 2.175N = 0.825 Calculo Experimental
Determinación del empuje con los datos de medida:
=
Para primer experimento: (Esfera)
= = = 980.4[]∗9.81 ∗ 6.80361053 = 9607.92[ ] ∗ 6.80361053 = 0.6544
Para segundo experimento (Cilindro)
= = = 980.4[]∗9.81 ∗ 2.61781053 = 9607.92[ ] ∗ 2.61781053 = 0.2518
Para tercer experimento (paralelepípedo)
= = = 980.4[]∗9.81∗9.7127510− = 9607.92[ ]∗9.7127510− = 0.9341 C) Tabla de resultados
Solido
Volumen [m3]
Empuje teórico [N]
Empuje experimental [N]
Esfera
6.803610−
0.675
0.6544
Cilindro
2.617810−
0.2
0.2518
9.7127510−3
0.825
0.9341
Paralelepípedo
4.- CUESTIONARIO
1. ¿De qué depende que un cuerpo tenga la posibilidad de flotar o sumergirse? El Principio de Arquímedes nos enseña el empuje que recibe un cuerpo cuando se introduce en un líquido, por ejemplo barcos y submarinos. El equilibrio en un cuerpo sumergido depende del metacentro. Hay equilibrio si el metacentro queda encima del centro de gravedad del cuerpo y esta flota. Los Aeróstatos (globos y dirigibles) son aparatos que flotan en el aire. Densidad y peso específico son conceptos que relacionan la masa o el peso de un cuerpo con su volumen. Si PE, flota
2. ¿Por qué los barcos flotan?
Los barcos flotan porque son menos densos que el agua... Si bien es cierto que la inmensa mayoría de los barcos son de metal (el cual se hunde con gran facilidad), éstos ocupan un gran volumen. Ahora bien, ¿qué es la densidad? Densidad es la cantidad de materia que existe por unidad de volumen. Una esfera de 1 m cúbico de hierro sin duda se irá al fondo del mar. Pero si con ese mismo metro cúbico de hierro construimos una esfera hueca, su volumen será mucho mayor que el de la esfera sólida, y con la ayuda del empuje del agua hacia arriba (Principio de Arquímedes), ésta flotará. Cuando sumergimos un barco en el agua, éste desaloja una parte del volumen que antes ocupaba el fluido, empujándolo hacia fuera. Como consecuencia, el agua empuja al barco en todas las direcciones y perpendicular al casco, hacia dentro. Es decir, existe una fuerza que empuja al barco de abajo hacia arriba haciéndolo flotar. Esto lo sabemos gracias al sabio Arquímedes quien hace dos mil años, señaló el principio de porqué los objetos flotan: "Cuando sumergimos un objeto en el agua éste flota por una fuerza igual al peso del líquido que desplaza." Para llegar a esta conclusión el sabio se metió en una tina con agua y se dio cuenta que entre más se sumergía, más agua caía de la tina y más liviano se sentía, porque al meter algo en el agua, ésta sube de nivel y si el objeto es grande se derrama. Lo anterior se origina en que la presión del agua va aumentando conforme aumenta la profundidad. De modo que es mayor la presión en el fondo del barco que en las parte superiores.
3. ¿Un cuerpo flota mejor en agua salada o en agua potable? Después de tener claro que la flotabilidad va directamente relacionada con las densidades, se debe tener en cuenta que el agua salada es un 3% más densa que el agua dulce, pues la composición molecular del agua salada es diferente a la del agua dulce, influyendo a su vez en la flotabilidad. Arquímedes fue el primero en comprender que la flotabilidad o fuerza de empuje es igual al peso del fluidos en el que esta desplazad. El agua dulce se encuentra en ríos, piscinas, etc. Una forma muy fácil de entender el concepto de la flotabilidad es con el siguiente ejemplo, cuando es joven flotar en la piscina le es más fácil que cuando se pasa el tiempo y se vuelve un adulto, esto se debe a que los jóvenes pesan menos que el espacio que ocupan del agua, mientras que al aumentar los años, con ellos aumenta el peso y a su vez el espacio de agua ocupada eliminando así cualquier posible flotabilidad. Mientras que en el agua salada que se puede ver en los océanos. Tiene exactamente los componentes salinos en el agua que le brindan una mayor densidad: 29 kilos por pie cúbico. Debido a esta diferencia, es un poco más fácil flotar en el agua salada que en el agua dulce pues el líquido va a tener mayor peso por lo tanto el objeto se va a demorar más en hundirse.
4. ¿Por qué los submarinos tienen la facilidad de flotar o sumergirse?
Los submarinos son vehículos acuáticos muy antiguos, que datan del siglo XVII. En su interior, poseen unos recipientes llamados “ tanques de inmersión “. Como su nombre lo indica, son los encargados de permitir que el submarino pueda sumergirse. Cuando estos tanques están vacíos, el submarino flota en la superficie., pero
cuando el comandante da la orden se sumergirse, dichos recipientes se llenan con agua, haciendo al submarino más pesado y permitiendo que se hunda en las aguas. Una vez en las profundidades, estos tanques pueden ser llenados con aire, por lo que el submarino será más liviano que antes y entonces emergerá hacia la superficie.
5. ¿Qué es el centro de presiones? Se denomina centro de presión de un cuerpo al punto sobre el cual se debe aplicar la resultante de todas las fuerzas ejercidas por el campo de presión sobre ese cuerpo para que el efecto de la resultante sea igual a la suma de los efectos de las presiones. Se trata de un concepto que no necesariamente ha de coincidir con el centroide geométrico, el centro de masas o el centro de gravedad. La coincidencia o no de estos conceptos permite analizar la estabilidad de un cuerpo inmerso en un fluido.
5.- CONCLUSIONES:
Finalmente concluimos la práctica habiendo obtenido mediante cálculos el empuje hidrostático con datos que se obtuvieron en el laboratorio donde el estudiante pudo observar la fuerza del fluido que ejerce sobre un cuerpo parcialmente y totalmente sumergido, en los resultados obtenidos se obtuvo el empuje tanto teórico como experimentalmente el teórico se obtuvo por la diferencia de peso que se determinó con el dinamómetro y el empuje hidrostático experimental que se obtuvo atraves de las medidas de volumen de los sólidos el peso específico del agua que es un dato conocido.
6.- ANALISIS DE RESULTADO
Primer solido (Esfera)
. % = . . ∗ 0.6544 % = 0.675 0.675 ∗ % = ±.%
Segundo solido (Cilindro)
. % = . . ∗ 0.2518 % = 0.2 0.2 ∗ % = ±.% Tercer solido (Paralelepipedo)
. % = . . ∗ 0.9341 % = 0.825 0.825 ∗ % = ±.%
7.- RECOMENDACIONES
La recomendación que es muy importantes es el manejar o manipular muy bien los instrumentos de medición y tener una buena lectura de altura para así no tener el error porcentual elevado lo cual se pudo observar que en los experimentos 2 y 3 los errores salen muy elevados los cuales son por los errores experimentales de medida que talvez no se dio una lectura buena o mala precisión de manejo de instrumentos de laboratorio que fue la causa de que tengamos un error porcentual elevado. Para no tener los errores recomendamos mucha seriedad, también se recomienda revisar los instrumentos de medición.
8. – BIBLIOGRAFIA
https://www.google.com.bo/#q=%C2%BFQu%C3%A9+es+el+centro+de+pr esiones%3F
https://www.google.com.bo/#q=%C2%BFPor+qu%C3%A9+los+barcos+flota n%3F
http://www.buenastareas.com/ensayos/informe-De-Pr%C3%A1ctica-DeLaboratorio-Leyes/64083772.html
https://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20070423180639AA8iPY g
Enciclopedia Física lexus
