Resumen Esta primera experiencia física busca comprobar el Principio de Arquímedes, utilizando objetos comunes, además de recursos de laboratorio como lo son el sensor de fuerza y la interface. La toma de datos y observación detallada de cada paso, permiten de una manera práctica entender el fenómeno a estudiar. Al sumergir un objeto en el agua, este presenta una fuerza de empuje hacia arriba ejercida por el líquido. INTRODUCCIÓN Dentro del estudio de los fluidos, se debe conocer no solo su concepto, sino también aquellos fenómenos o comportamientos que los describen. Para hacer esta práctica, ya anteriormente debíamos reconocer sus propiedades y el concepto general del Principio de Arquímedes. La experiencia se basó en varias tomas de datos, trabajando con objetos de materiales distintos. El fin era obtener la densidad y el volumen de dichos cuerpos, utilizando como referencia sus pesos en el aire y dentro del fluido. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Conocer la aplicación física del Principio de Arquímedes OBEJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar la densidad y el volumen de los cuerpos utilizados para el experimento Comprender los efectos de la profundidad del líquido sobre un sólido. Encontrar las ecuaciones de equilibrio, de acuerdo a los diagramas de fuerza, según la situación. MARCO TEÓRICO La flotación es un fenómeno muy conocido: un cuerpo sumergido en agua parece pesar menos que en el aire. Si el cuerpo es menos denso que el fluido, entonces flota. El principio de Arquímedes establece que: Si un cuerpo está 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. Todo el fluido está en equilibrio, así que la suma de todas las componentes y de fuerza sobre esta porción de fluido es cero. Por tanto, la suma de todas las componentes y de las fuerzas de superficie debe ser una fuerza hacia arriba de igual magnitud que el pego mg del fluido dentro de la superficie. Además, la suma de los momentos de torsión sobre la porción del fluido debe ser cero, así que la línea de acción de la componente y resultante de las fuerzas superficiales debe pasar por el centro de
gravedad de esta porción de fluido. Esta fuerza se mide en Newtons (en el SI) y su ecuación se describe como: Fy = mg = ρfVg
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS El experimento llevado a cabo tuvo como objetivo primordial, reconocer la fuerza de empuje que ejercen los líquidos sobre los cuerpos sólidos sumergidos. Comprobamos que el volumen desalojado es equivalente al volumen medido a partir de la geometría de cada uno de los objetos. Lo anterior se debe a que al sumergir totalmente el sólido en el fluido éste pasa a ocupar el mismo espacio de la masa de agua que desaloja para que el conjunto permanezca en equilibrio. Por qué se debe ignorar el empuje del aire, al determinar el peso del sólido en el aire con el sensor de fuerza. La fuerza de empuje que ejerce el aire es aproximadamente mil veces menor que la fuerza de empuje que ejerce el agua, debido a las diferencias en las densidades de los dos fluidos. El peso que registra el sensor de fuerza, se toma como el peso real del cuerpo, que nos sirve de referencia para el resto del experimento. Para lograr una mayor exactitud en el valor, ignoramos el empuje del aire. Importa la profundidad del sólido en el agua?. Si, debido a que la presión hidrostática aumenta con la profundidad y se manifiesta mediante fuerzas perpendiculares a las superficies sólidas que contacta; cada vez resulta más intensa la fuerza sobre la superficie inferior. La densidad del objeto, en nada afecta la magnitud de la fuerza de empuje, pues esta solo depende del volumen sumergido del cuerpo, de la gravedad y de la densidad del fluido. CONCLUSIONES El tomar el principio de Arquímedes como método de obtención de la densidad y el volumen de los objetos, nos lleva a basarnos en resultados experimentales. Las ecuaciones de equilibrio complementan esta búsqueda, y nos permite relacionar la fuerza de empuje que dicta el principio con los valores para hallar. La exactitud está en que el líquido desalojado por el sólido, corresponde a su volumen. Pero esta precisión se pierde en la toma de valores, puesto que siempre existe un margen de error. Este experimento muestra como propiedades como el peso real y aparente, la densidad, tienen varios métodos de obtención e interpretación, no solo el geométrico o matemático. La física es amplia, y tiene respuesta a muchas de nuestras inquietudes.
