Informe De Física Lab

MECANICA DE FLUIDOS: HIDROSTÁTICA

I.OBJETIVOS

Medir la fuerza que ejerce un fluido sobre un objeto sumergido en el (empuje).

Determinar la densidad del objeto con respecto a un determinado fluido.

II.FUNDAMENRTO TEÓRICO

La hidrostática es la rama de la mecánica de los fluidos que estudia los fluidos en estado de equilibrio; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.

EL PRINCICPIO DE PASCAL

Si se aplica presión a un líquido no comprimible en un recipiente cerrado, esta se transmite con igual intensidad en todas direcciones y sentidos. La condición de que el recipiente sea indeformable es necesaria para que los cambios en la presión no actúen deformando las paredes del mismo en lugar de transmitirse a todos los puntos del líquido.

La presión de un fluido está dado por la siguiente fórmula:

P= F/A

Donde:

P = presión del fluido

F = fuerza ejercida en un punto del fluido

A = área transversal sobre la que la fuerza se distribuye

EL PRINCIPIO DE ARQUÍMIDES

El principio de Arquímedes establece que cualquier cuerpo sólido que se encuentre sumergido total o parcialmente en un fluido será empujado en dirección ascendente por una fuerza igual al peso del volumen del líquido desplazado por el cuerpo sólido. El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente.

F_(empuje )=m_(despl.) g

F_(empuje )= l_(liquido ) V_despl g

Donde:

m_(despl.) : Masa desplazada del fluido

l_(liquido.): Densidad del fluido

V_(despl.) : Volumen del objeto

g : Aceleración de la gravedad

El empuje, es decir la fuerza que ejerce vertical y ascendentemente el líquido sobre un cuerpo cuando este se halla sumergido, resulta ser también la diferencia entre el peso que tiene el cuerpo suspendido en el aire y el peso que tiene el mismo cuando se le introduce en un líquido, es decir:

E= W_(real )- W_aparente

III.MATERIALES Y EQUIPO

Un sensor de fuerza

Una probeta de 250 ml

Una probeta de

Un soporte universal

Aparato de interface LabQuest2

Agua potable

Aceite de cocina glicerina

Masas de 10 g, 50 g, 100 g y 1 kg

IV.PROCEDIMIENTO

OBTENCIÓN DE LA FUERZA DE EMPUJE

1°. Con la ayuda del sensor de fuerza y una cuerda se mide el peso del cuerpo suspendido en el aire.

2°. Sumergimos el cuerpo dentro del líquido y realizamos el procedimiento anterior.

3°. Para determinar el volumen del cuerpo se mide el volumen del líquido desplazado por dicho objeto.

V.OBTENCIÓN DE DATOS

TABLA 1

Masa

〖 (10〗^(-3)g) (kg) FUERZA (Newton) VOLUMEN INICIAL

〖cm〗^3 VOLUMEN DESPLAZADO

〖cm〗^3 DENSIDAD

kg/m^3

Aire Sumergido en agua

1 kg 9,906 N 9,125 N 250 75 1.33

Masa

〖(10〗^(-3)g) (kg) FUERZA (Newton) VOLUMEN INICIAL

〖cm〗^3 VOLUMEN DESPLAZADO

〖cm〗^3 DENSIDAD

kg/m^3

Aire Sumergido en aceite de cocina

0.05 kg 0.546 N 0.494 N 90 40 0.125

TABLA 2

TABLA 3

Masa

〖(10〗^(-3)g)(kg) FUERZA(Newton) VOLUMEN INICIAL

〖cm〗^3 VOLUMEN DESPLAZADO

〖cm〗^3 DENSIDAD

kg/m^3

Aire Sumergido en aceite de cocina

0.01 kg 0.136N 0.116 N 90 0.1 0.1

TABLA 4

Masa

〖(10〗^(-3)g) (kg) FUERZA (Newton) VOLUMEN INICIAL

〖cm〗^3 VOLUMEN DESPLAZADO

〖cm〗^3 DENSIDAD

kg/m^3

Aire Sumergido en aceite de cocina

0.1 kg 1.008 N 0.897N 90 65 0.153

TABLA 5

Masa

〖(10〗^(-3)g)(kg) FUERZA (Newton) VOLUMEN INICIAL

〖cm〗^3 VOLUMEN DESPLAZADO

〖cm〗^3 DENSIDAD

kg/m^3

Aire Sumergido en glicerina

0.01 kg 0.136 N 0.116 N 90 15 0.07

TABLA 6

Masa

〖(10〗^(-3)g)(kg) FUERZA (Newton) VOLUMEN INICIAL

〖cm〗^3 VOLUMEN DESPLAZADO

〖cm〗^3 DENSIDAD

kg/m^3

Aire Sumergido en glicerina

0.05 kg 0.546 N 0.468 N 90 35 0.143

TABLA 7

Masa

〖(10〗^(-3)g)(kg) FUERZA (Newton) VOLUMEN INICIAL

〖cm〗^3 VOLUMEN DESPLAZADO

〖cm〗^3 DENSIDAD

kg/m^3

Aire Sumergido en glicerina

0.1 kg 1.008 N 0.852 N 90 55 0.181

VI.ANALISIS DE RESULTADOS

1°. Al sumergir una masa dentro de la probeta con cierto volumen de líquido, este se desplaza hacia la boca de la probeta, este volumen desplazado es igual al volumen de la masa sumergida.

2°. Determinamos el Empuje para los resultados de todas las tablas

Para la tabla 1:

F_enpuje= W_aire- W_agua

F_empuje=9.906-9.125

F_empuje = 0.781

W_(vol.desal.)= D_(agua ) g V_(desal.)

W_(vol.desal.)=1000 x 9.81 x 0,75

W_(vol.desal.)=7357.5

Para la tabla 2

F_enpuje= W_aire- W_aceite

F_empuje=0.546-0.494

F_empuje = 0.052

W_(vol.desal.)= D_(aceite ) g V_(desal.)

W_(vol.desal.)=900 x 9.81 x 0,40

W_(vol.desal.)=3531.6

Para la tabla 3

F_enpuje= W_aire- W_aceite

F_empuje=0.136-0.116

F_empuje = 0.02

W_(vol.desal.)= D_(aceite ) g V_(desal.)

W_(vol.desal.)=900 x 9.81 x 0,01

W_(vol.desal.)=88.29

Para la tabla 4

F_enpuje= W_aire- W_aceite

F_empuje=1.008-0.897

F_empuje = 0.111

W_(vol.desal.)= D_(aceite ) g V_(desal.)

W_(vol.desal.)=900 x 9.81 x 0,65

W_(vol.desal.)=5738.85

Para la tabla 5

F_enpuje= W_aire- W_glicerina

F_empuje=0.136-0.116

F_empuje = 0.02

W_(vol.desal.)= D_(glicerina ) g V_(desal.)

W_(vol.desal.)=1250 x 9.81 x 015,

W_(vol.desal.)=1839,375

Para la tabla 6

F_enpuje= W_aire- W_glicerina

F_empuje=0.546-0.468

F_empuje = 0.078

W_(vol.desal.)= D_(glicerina ) g V_(desal.)

W_(vol.desal.)=1250 x 9.81 x 0,35

W_(vol.desal.)=4291.875

Para la tabla 7

F_enpuje= W_aire- W_glicerina

F_empuje=1.008-0.852

F_empuje = 0.156

W_(vol.desal.)= D_(glicerina ) g V_(desal.)

W_(vol.desal.)=1250 x 9.81 x 0,55

W_(vol.desal.)=6744.375

VII.CUETIONARIO

1.- Enuncie y explique el principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba llamada EMPUJE, numéricamente el empuje es igual al peso del fluido desalojado por el volumen de cuerpo sumergido. Ejemplo: Has intentado sumergir una pelota de playa en el agua?, es muy difícil verdad?. Esto se debe a que el peso de la pelota es casi despreciable en comparación con el empuje que presenta, ya que el empuje depende del volumen sumergido y del fluido donde intentas sumergirlo, y el volumen que se intenta sumergir es la pelota de playa que esta inflada con aire (el aire ocupa mucho volumen pero no aporta con peso....)

2.- ¿Cuál es la diferencia entre presión barométrica y presión manométrica?

Tanto un manómetro como un barómetro miden presiones. La diferencia está en que el manómetro se utiliza para medir presiones de cualquier fluido, sea gaseoso o líquido (un tanque de aire comprimido, la presión interna de un neumático, la presión del aceite en el motor vehículo). El Barómetro se utiliza específicamente para medir la presión atmosférica, o sea la presión que ejerce la columna de aire (es el "peso" de la columna) que se encuentra sobre el instrumento.

3.- ¿Cuáles son las características del material que conforma la estructura corporal de los seres vivos que habitan las profundidades del océano (lugares con extrema presión)? ¿Por qué?

Algunos peces que viven en aguas someras y que cambian con alguna frecuencia y rapidez de profundidad dentro de límites no muy grandes presentan transformaciones mínimas en su estructura, conservando el cuerpo su forma pisciforme típica en los buenos nadadores, como es el caso de la merluza y el bacalao, o formando una cubierta protectora del cuerpo para poder esconderse entre las piedras de los fondos, como el mero.

Los peces están dotados de un órgano hidrostático, la vejiga natatoria, que les sirve para equilibrar la presión y para flotar. El pez, cuando necesita subir o bajar en el seno del agua, contrae o dilata la vejiga natatoria, lo que le permite tener mayor o menor flotación y realizar sus movimientos de ascenso y descenso sin utilizar sus órganos locomotores. Al mismo tiempo, como la presión aumenta o disminuye, esta vejiga absorbe las diferencias de presión externa, compensando la presión interna del animal.

4.- ¿Qué es un manómetro? ¿Qué tipos de manómetros hay?

El manómetro es un instrumento de medición para la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. Se distinguen dos tipos de manómetros, según se empleen para medir la presión de líquidos o de gases.

Existen 4 tipos de manómetros:

1.1 Manómetro de dos ramas abiertas

1.2 Manómetro truncado

1.3 Bordón

1.4 Manómetro metálico o aneroide

5. ¿Cómo puede aplicarse el primer experimento al equilibrio de los barcos?

Estamos acostumbrados a ver cómo los barcos se mantienen flotando sobre el agua, incluso algunos tan pesados que parecen desafiar la intuición de que se mantengan a flote.

En principio, se podría pensar que esto se debe a los materiales de los que están hechos los barcos (idea quizá más probable cuando todavía eran de madera la mayoría), pero en cuanto vemos que éstos están hechos de hierro y acero, elementos más densos que el agua y por tanto que no flotan sobre ésta, este argumento falla.

Sin embargo, a pesar de que el metal es más denso que el agua, se da una característica crucial para que el barco flote: dado que éste no contiene únicamente metal, sino que una gran parte del interior del casco es aire (ya que éste no es macizo por dentro, fundamentalmente debido a que aparte de que flote, se suele querer utilizarle para transportar cosas en su interior), la densidad total media del barco es inferior a la del agua.

Claro que únicamente con ser menos denso que el agua no es suficiente, ya que si pesase mucho, este peso no llegaría a ser compensado por este empuje que ejerce el agua sobre él debido a su menor densidad y nuestro barco se hundiría.

Pero para ver esto, hace falta entender por qué el agua ejerce dicho empuje sobre el barco y cuánto es este.

6. ¿Qué importancia tiene que la densidad del hielo sea menor que la del agua?

La estructura del hielo, forma un retículo que ocupa más espacio y es menos denso que el agua líquida. Cuando el agua se enfría, se contrae su volumen, como sucede en todos los cuerpos, pero al alcanzar los 4ºC cesa la contracción y su estructura se dilata hasta transformarse en hielo en el punto de congelación.

Gracias a esta anomalía del agua, los lagos, ríos y mares, comienzan a congelarse desde la superficie hacia abajo, y esta costra de hielo superficial sirve de abrigo a los seres que viven, pues aunque la temperatura ambiental sea extremadamente baja (-50 0 -60º C), el agua de la superficie transformada en hielo mantiene constante su temperatura en 0ºC.

FACULTAD DE INGENIERÍA

DOCENTE:

Rodríguez Castro José Franklin

CURSO:

Física II

CICLO:

3°

TEMA:

Mecánica de fluidos – Hidrostática

INTEGRANTES:

Paredes Rodríguez Hamec

Ramírez Valverde Sergio

Chávez Díaz Víctor

Díaz Aliaga Luis

Ramírez Cárdenas Jair

Hernández Quispe Roger

201

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