Laboratorio Física - Principio De Arquímedes

RESUMEN

El objetivo de la investigación fue determinar la densidad del fluido a partir del teorema de Arquímedes. Esto se realizó mediante un mecanismo manual, el cual consistía en medir la fuerza de peso aparente (tensión), que tenía los diferentes cuerpos sumergidos. Todo esto se llevó a cabo por medio de un sensor que media esta fuerza ya mencionada, es decir, el nuevo peso (aparente) que tomaban los distintos cuerpos al estar sumergidos en el fluido, donde se tenía una probeta ubicada en un banco de altura graduable, que en el interior se encontraba el cuerpo de distintos tipos de materiales (aluminio, madera, cobre y polímero). La medición inició con el primer cilindro, donde se levantaba gradualmente el banco, hasta que el cuerpo desplazará 1 ml de agua, ahí se media por medio del sensor, la fuerza de peso aparente; esto se realizó hasta que el cuerpo estuviera completamente sumergido en el fluido. Con los datos obtenidos se logró graficar el comportamiento de la fuerza con respecto al volumen desplazado del fluido, pudiendo así, calcular la densidad del fluido comparando los diferentes datos obtenidos con los cuerpos.

Palabras claves

Densidad: Magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia.

Fluido: Tipo de medio continúo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas hay una fuerza de atracción débil.

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

INTRODUCCIÓN

Durante el laboratorio se logró observar el efecto ejercido por la fuerza de peso aparente de los distintos tipos de materiales utilizados para el ensayo, la cual se evidencia verticalmente en la figura 1, donde se obtuvieron gráficas de esta fuerza vs el volumen desplazado del fluido a medida que el cilindro se sumergía paulatinamente. Al tener estos datos ya registrados, se pudo realizar el cálculo de la densidad del fluido (agua) para cada uno de los ensayos realizados y hacer una comparación con la densidad teórica (1000 Kg⁄m^3 ).

Los conceptos básicos y científicos de ésta práctica son:

El teorema de Arquímedes establece lo siguiente: 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.

Donde la T representa la tensión de la cuerda, B la fuerza de empuje del agua y mg el peso del objeto sumergido.

El objeto está en reposo, así que la fuerza externa neta (sumatoria de fuerzas) que actúa sobre ella es igual a cero.

∑▒〖F_y=0〗

T+B-mg=0

T+mg-ρ_f gV_s=0

ρ_f= Densidad del fluido

V_s= Volumen sumergido

B= Fuerza de empuje

METODOS

Materiales e instrumentos:

Sensor de fuerza (suspendido de un soporte)

Cilindros de diferentes materiales

1 Probeta graduada de 100 mL

1 banco de altura graduable

Agua

Balanza

Figura 2. Montaje del ensayo

Precisión instrumental:

Probeta = 1 mL

Balanza =0.1g

La práctica del laboratorio consistió en realizar un montaje con una probeta de 100 ml, que contenía 70 ml de agua, que fue el fluido elegido para sumergir 4 cilindros de diferentes materiales (cobre, polímero, aluminio y madera). Cada cuerpo se encontraba suspendido desde un sensor de fuerza y la probeta ubicada en la parte superior del banco de altura graduable.

El procedimiento se llevó a cabo manualmente, puesto que se subía el banco gradualmente, hasta que el cuerpo se háyase sumergido 1 ml, en ese momento se tomaba la fuerza de peso aparente ejercida por el fluido, por medio de un sensor, repitiéndose consecutivamente hasta que el cuerpo se encontrara sumergido totalmente. El procedimiento anteriormente mencionado se realizó con los diferentes cuerpos, y con los datos obtenidos se realizaron cuatro graficas de fuerza vs volumen respectivamente, consiguiendo con ello, la pendiente de cada grafica lineal, que posteriormente conllevo a determinar la densidad del agua.

Al final, se comparan los valores de la densidad del agua arrojada por cada experimento, y se determina el porcentaje de error que se obtuvo en el laboratorio a la hora de la medición.

Ensayo Material Masa (g)

1 Aluminio 24.11

2 Cobre 69.75

3 Madera 9.21

4 Polímero 13.6

Tabla 1. Masas de los diferentes materiales

RESULTADOS Y ANÁLISIS

¿A qué fuerza corresponde la registrada por el sensor?

La fuerza que registra el sensor es la fuerza de peso aparente (tensión) de los cilindros de los distintos materiales utilizados.

T=mg-ρ_f gV_s

Al estar un cuerpo fuera de un fluido, su tensión será exactamente igual al peso, pues no estará experimentando una fuerza de empuje. En cambio si este mismo cuerpo se encuentra dentro de un fluido, este si experimenta esa fuerza de empuje hacia arriba (ρ_f gV_s), por lo que la fuerza de peso aparente es menor.

¿Concuerda el comportamiento obtenido entre la fuerza registrada y el volumen sumergido con el que esperaba? Explique

Para hacer el análisis respectivo del comportamiento de la fuerza registrada y el volumen,

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