Lab Principo De Arquimedes

RESUMEN

En el presente laboratorio se pretende comprobar el principio de Arquímedes, que afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del fluido desplazado, esto se comprobará al introducir objetos de diferentes materiales como: cobre, aluminio, polímero y madera, en una probeta con agua y luego en agua-sal. Con la ayuda del software DataStudio se toman datos por medio del sensor de fuerza, este sensor, posee una cuerda que sostiene el objeto que es sumergido cuidadosamente (cada 1mL) hasta su totalidad, obteniendo de este ensayo una gráfica de Fuerza vs. Volumen correspondiente al peso aparente del cuerpo sumergido.

INTRODUCCION

Para comprobar experimentalmente el principio de Arquímedes se anexarán conocimientos teóricos al respecto. En este Laboratorio se busca demostrar el efecto de la fuerza de empuje sobre un cuerpo (objeto de diferente material) a medida que es sumergido en un fluido y encontrar la densidad de este. Se debe tener en cuenta que la fuerza registrada por el sensor en los gráficos de F vs. V, es correspondiente a la tensión T de la cuerda suspendida en el sensor (peso aparente W’ del cilindro sumergido). De este peso aparente es posible despejar la fuerza de empuje (Arquímedes) para que sea posible su aplicación más adelante.

El principio de Arquímedes como se cito anteriormente, afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del fluido desalojado. Debido a esta fuerza de empuje, el peso aparente de los cuerpos es diferente en el agua, que en el aire o en el mar. Todos alguna vez hemos experimentado una fuerza de empuje cuando estamos sumergidos en una piscina y notamos que nuestro peso es mucho menor.

El principio de Arquímedes se puede demostrar al estudiar las fuerzas que un fluido ejerce sobre un objeto suspendido. Considérese un disco de área A y altura H el cual está completamente sumergido en un fluido. Recuérdese que la presión a cualquier profundidad h en un fluido esta dada por:

P = pg h

En donde p es la densidad de masa del fluido y g la aceleración de la gravedad. Si se desea representar la presión absoluta dentro del fluido, se debe sumar la presión externa ejercida por la atmósfera. La presión total hacia abajo P1 en la cara superior del disco, es por tanto

P1 = Pa + pg h1 hacia abajo

En donde Pa es la presión atmosférica y h1 es la profundidad superior del disco. Analógicamente, la presión hacia arriba P2 sobre el fondo del disco

P2 = Pa + pg h2 hacia arriba

Donde h2 es la profundidad a la parte inferior del disco. Puesto que h2 es mayor que h1, la presión sobre la base del disco excederá la presión sobre la cara superior, y el resultado será una fuerza neta hacia arriba. Si la fuerza hacia abajo se representa por F1 y la fuerza hacia arriba por F2 , puede escribirse

F1 = P1 A F2 = P2 A

La fuerza hacia arriba ejercida por el fluido sobre el disco se llama empuje y se expresa mediante

Fe = F2 – F1 = A (P2 – P1)

= A(Pa + pg h2 – Pa – pg h1)

= Apg (h2 – h1) = Apg H

Donde H = h1 – h2 es la altura del disco. Finalmente si se recuerda que el volumen del disco es V = A H, se obtiene el siguiente resultado importante

Fe = pg V = m g

Empuje = Peso del fluido desalojado

Objetivos

Verificar experimentalmente el principio de Arquímedes.

Observar el efecto de la fuerza de empuje sobre un cuerpo a medida que es sumergido en un fluido.

Aplicar el principio de Arquímedes para encontrar la densidad de un fluido.

MATERIALES Y METODOS

Material Utilizado

Interfaz ScienceWorkshop

Cilindros de diferentes materiales

Banco de altura graduable

Probeta graduada de 100mL

Piola

Agua

Sensor de Fuerza (suspendido de un soporte)

Sal

Se inicia el laboratorio con el debido pesaje de los objetos de diferentes materiales como: cobre, aluminio, polímero y madera. Luego se procede a llenar la probeta con agua hasta los 70 mL; se ubica sobre el banco de altura variable justo debajo del sensor, se procede a realiza El TARE (Poner en cero) el sensor, este proceso se realiza cada vez que se cambie el objeto, luego se procede a bajar el objeto justo en la superficie del agua y se registra la información en DataStudio dándole la opción conservar, posteriormente se sumerge el objeto cada que suba el volumen del fluido en 1mL hasta que el objeto sea sumergido en su totalidad y se registra la información con la opción conservar en Data Studio. La segunda parte del Laboratorio es cambia la sustancia de agua por agua-sal, realizando el mismo procedimiento.

RESULTADOS Y ANALISIS

A continuación se presentan las distintas graficas, operaciones y resultados obtenidos en el análisis del principio de Arquímedes. Se verán graficas de fuerza versus volumen, además los cálculos realizados para hallar la densidad del fluido empleado para la práctica, las masas de los cilindros (madera, polímero, cobre, aluminio).

Para poder hallar las densidades y las masas de los cilindros debemos se analizar lo siguiente:

Sensor fuerza

T

Fg

Fe

Cilindro

F=-T= -m_cilindro g+ ρ_fluido gV

dónde:

-m_cilindro

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