UNIVERSIDAD DEL ATLANTICODEPARTAMENTO DE FISICA

FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

Principio de ArquímedesLaura Gómez, Daniela Valdés, Helmut Ripoll, Karen de la Rosa y Leider Asis

Profesor Ubaldo Enrique Molina. Grupo 2 – 19-07-2014 Laboratorio de Física Mecánica, Universidad del Atlántico, Barranquilla

ResumenUno de los precursores de la hidrostática es el Principio de Arquímedes. Este consiste en que “Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja”. En el presente laboratorio se busca aplicar este principio para hallar la densidad de distintos materiales. La primera parte de la experiencia en el laboratorio consiste en definir la densidad de un sólido más denso que el agua por medio del principio de Arquímedes. La segunda parte consiste en hallar la densidad de un sólido menos denso que el agua, tomando en cuenta la necesidad de usar un objeto más denso que el agua que se use como lastre para poder sumergir el cuerpo menos denso. Por último se procede a realizar los cálculos pertinentes con los datos obtenidos.

Palabras claves Fuerza, presión, empuje, volumen, masa y densidad

Abstract One of the forerunners of hydrostatics is Archimedes Principle. This is that "A total body or partly immersed in a fluid at rest, receives a thrust from below upwards equals the weight of fluid displaces volume". In this laboratory seeks to apply this principle to find the density of different materials. The first part of the lab experience is to define the density of denser water through the principle of

Archimedes solid. The second part is to find the density of a less dense than solid water, taking into account the need to use a heavier than water used as ballast to submerge the body less dense object. Finally we proceed to make the necessary calculations with the data.

Keywords strength,pressure,drive, volume, mass and density.

IntroduccionEl principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del fluido desplazado por dicho cuerpo. Esto explica muchos fenómenos de nuestro diario vivir ejemplo de esto las embarcaciones y los submarinos donde observamos cómo estos flotan o se hunden. Conociendo este principio e identificando dichos fenómenos podremos comprobarlo previamente y ser aplicados en nuestra vida cotidiana.

Fundamentos teóricos

Principio de Arquímedes

Ley física que establece que cuando un objeto se sumerge total o parcialmente en

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un líquido, éste experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del líquido desalojado. La mayoría de las veces se aplica al comportamiento de los objetos en agua, y explica por qué los objetos flotan y se hunden y por qué parecen ser más ligeros en este medio.

El concepto clave de este principio es el `empuje', que es la fuerza que actúa hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando éste se encuentra en el agua.

Este determino:

-Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje dirigido hacia arriba

-El empuje que recibe el cuerpo es igual al peso del volumen del líquido que desaloja

-El empuje no depende del material del cual está hecho el cuerpo, sino del volumen de este que se introduce en el agua. Todo esto se resume en:

Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.

Por lo tanto, el peso aparente de un sólido sumergido en un fluido será igual al peso del sólido, P, menos el empuje E:

Según el principio de Arquímedes:Empuje = peso del fluido desalojado

Siendo m = masa del liquido desalojado

Sabiendo que

Y sustituyendo:

Como el volumen del líquido desalojado depende del volumen del sólido, la expresión del empuje queda así

De la misma forma podemos expresar el peso del cuerpo:

Desarrollo experimental

En la experiencia de laboratorio se usó una balanza, piezas de bronce y hierro a las cuales se les hallará la densidadPrimero se procedió a medir el peso de un sólido en el aire con la ayuda de la balanza, en este caso el material utilizado fue el bronce, luego se tomó la medida del peso aparente de dicho material sumergido en un recipiente con agua. Luego se realizó el mismo procedimiento de forma análoga con el hierro.

Cálculos y Análisis de Resultados

Procedimiento 1: Densidad de un sólido más denso que el aguaPara determinar la densidad de un cuerpo sumergido en el agua, que es a su vez es más es denso que esta, necesitamos calcular la fuerza de empuje que el agua ejerce sobre el cuerpo y el volumen de agua desplazado, a partir de los datos obtenidos en el laboratorio. Se define a la fuerza de empuje que ejerce un fluido como la perdida aparente del peso

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. Cabe decir

que el volumen del agua desplazado corresponde al volumen del cuerpo que se sumergió. Se tomaron tres medidas para la masa del cuerpo tanto en el aire como en el agua y posteriormente se promediaron.

Material: Bronce

65.7 6065 59.264.8 58.1Tabla 1

Ahora pasamos a calcular la fuerza de empuje que ejerce el agua sobre la pieza de aluminio

Para determinar el volumen de agua desplazado que como se mencionó anteriormente es el volumen de la pieza de bronce, emplearemos la siguiente ecuación que nos relaciona la fuerza de empuje y el volumen del cuerpo

De esta se despeja el volumen y tendremos que

Donde la letra griega (rho) es la densidad

del fluido y g la gravedad. Asumiremos el valor de la densidad del agua como

Dado que la fuerza está en gramos, hay que llevarla a gramos-fuerza,

multiplicándola por el valor de la gravedad. Remplazando en la ecuación de volumen tenemos que

Para determinar la densidad del bronce utilizamos la fórmula de la densidad

Comparando el valor obtenido experimentalmente con el que se esperaba para la densidad del aceite, tenemos que

Procedimiento 2: Densidad cuerpo más denso pieza de hierro.Para hallar la densidad del líquido se hizo uso de una pieza de hierro y un recipiente lleno de agua. Se midió el peso dentro y fuera del agua, para así calcular la fuerza de empuje que el agua ejerce sobre la pieza de hierro y con esto determinar el volumen de la pieza.

62.8 51g62.1 50,962,5 51gTabla 2

Calculemos la fuerza de empuje que ejerce el agua sobre la pieza de hierro y así determinar el volumen de la pieza.

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Con la fuerza de empuje del agua sobre la pieza de hierro, se calcula el volumen de la pieza.

Este valor es el experimental y se confronta al que se esperaba teóricamente, tenemos que el porcentaje de error es

ConclusionesAlgo muy importante que debemos resaltar del principio de Arquímedes, es que resulta clave para determinar porque

un objeto tiene un peso diferente en el vacío con relación al peso en el aire. Esto se debe a que el peso de un objeto depende del fluido y de la gravedad, en el caso del aire, sobre el cuerpo actúa un empuje hacia arriba igual al peso del volumen de aire; en cambio, en el vacío no hay ningún fluido ni existe la gravedad por lo cual no se experimentara una fuerza de empuje y el objeto tendrá menos peso.

Bibliografía

FÍSICA UNIVERSITARIA. Vol 1. Décimo primera edición. Sears, Francis W., Zemansky, Mark, W., Young, Hugh D. y Freedman, Roger A. PEARSON EDUCACIÓN, México, 2004. Pág. 456-476.

FÍSICA. Raymond A. Serway, Jerry S. Faughn. Vol 1. Septima edicion, Cengage Learning Editores.Pág. 420-436.

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