PRINCIPIO DE ARQUIMEDES, FÍSICA 2

FISICA II

INFORME DE LABORATORIO N°2

PRINCIPIO DE ARQUIMIDES

RESUMEN

Se comprobó el Principio de Arquímedes mediante tres experiencias. En primer lugar al sumergir progresivamente un lastre en agua se encontró que a mayor profundidad el volumen de liquido desalojado es mayor y por lo tanto la magnitud del empuje correspondiente al peso de este, también. Posteriormente en base al principio estudiado se encontró la densidad de un sólido y con esta la densidad de un líquido. Finalmente, se corroboro que el valor de la fuerza de empuje es igual al peso del volumen del líquido desalojado.

INTRODUCCION

Los objetos sumergidos en un fluido parecen pesar menos que cuando están fuera del fluido. Por ejemplo una roca que puede levantarse del suelo con dificultad, podría levantarse más fácilmente del fondo de una corriente. Cuando la roca rebasa la superficie del agua, parece mucho más pesada. Muchos objetos como la madera, flotan sobre la superficie del agua. Se trata de los ejemplos de flotabilidad o flotación. En cada uno de ellos, la fuerza de gravedad actúa hacia abajo, pero además, el líquido ejerce una fuerza de flotación hacia arriba.

La fuerza de flotación se presenta debido a que la presión de un fluido aumenta con la profundidad. Así, la presión hacia arriba que se ejerce sobre la superficie inferior de un objeto sumergido es mayor que la presión hacia abajo sobre su superficie superior. Por ejemplo, cuando un cilindro de altura h, cuyas caras superior e inferior tienen un área A, está completamente sumergido en un fluido de densidad ρf; el fluido ejerce una presión P1 = ρ1gh1 contra la cara superior del cilindro.

La fuerza debida a esta presión del fluido sobre la cara superior del cilindro es F1=P1A=ρfgh1A y está dirigida hacia abajo. De manera similar, el fluido ejerce una fuerza hacia arriba sobre el fondo del cilindro, igual a F2=P2A=ρfgh2A. La fuerza neta debida a la presión del fluido, es decir, la fuerza de flotación o flotabilidad, FB actúa hacia arriba y tiene una magnitud:

F_b=F_2-F_1

=ρ_f gA (h_2-h_1 )

=ρ_f gAh

=ρ_f gV

Donde V=Ah es el volumen del cilindro. Puesto que ρf es la densidad del fluido, el producto ρfgV=mfg es el peso del fluido que ocupa un volumen igual al volumen del cilindro. Así, la fuerza de flotación sobre el cilindro es igual al peso del fluido desplazado. Este resultado es válido, sin importar la forma del objeto. Su descubrimiento se le acredita a Arquímedes por lo que se le llama Principio de Arquímedes.

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

Dicho principio puede deducirse mediante un razonamiento sencillo, asi:

Figura Nº1: Principio de Arquímedes.

El objeto indicado en la figura Nº1, está sometido a la fuerza de la gravedad, su peso y la fuerza de flotación. Si no hay una fuerza exterior que actúe sobre el, el objeto se moverá hacia abajo, puesto que el peso el peso es mayor a la fuerza de flotación. No obstante, en el sistema, hay una fuerza vertical dirigida hacia arriba que hace que el cuerpo experimente un empuje y aparentemente pese menos; esto es conocido como Principio de Arquímedes.

METODOLOGIA

LASTRE Y DINAMOMETRO

Una vez realizado el montaje de la figura Nº1, se determino el peso real del lastre Posteriormente, se sumergieron cada una de las fracciones coloreadas del lastre registrando el peso aparente y el volumen de agua desplazado por cada una de estas.

Dicho proceso se llevo a cabo 10 veces.

Figura Nº1: Lastre

y dinamómetro.

CUBOS DE Al, Pb, Cu, Fe.

Se tomaron 4 cubos de diferente material y se los peso primero en el aire y luego dentro del agua. Se obtuvo la densidad de cada cubo y se la comparo con su valor teórico.

Una vez determinada la densidad de un de los cubos, se lo sumergió en alcohol para con base a esta y su peso aparente determinar la densidad del alcohol.

Figura Nº2: Montaje para

determinar la densidad del alcohol.

COMPARACION DEL EMPUJE CON EL PESO DEL FLUIDO DESALOJADO.

Una vez realizado el montaje de la figura Nº3, se determino el peso real y el peso aparente de un cilindro. A partir de esto se calculo la magnitud del empuje experimentado por el cuerpo, comparándolo con el peso del volumen de agua desalojado.

Figura Nº3: Empuje.

RESULTADOS Y ANALISIS

LASTRE Y DINAMOMETRO

Tabla Nº1: Datos experimentales.

Suceso Altura (m) WA (N) WR (N) Wr-Wa=E

1 0.02 1 1.1 0.10

2 0.04 0.9 1.1 0.20

3 0.06 0.8 1.1 0.30

4 0.08 0.7 1.1 0.40

5 0.10 0.6 1.1 0.50

6 0.12 0.5 1.1 0.60

7 0.14 0.4 1.1 0.70

8 0.16 0.3 1.1 0.80

9 0.18 0.2 1.1 0.90

10 0.20 0.1 1.1 1.00

Para graficar E=f(h), se tomo E=ρghs, donde:

s=área del lastre.

h=profundidad a la que se encuentra el lastre.

Ahora, para calcular s, se tiene que:

Diámetro=2.5cm. 1m = 0.025m

100cm

A=π(D/2)^2

A=π(0.025m/2)^2

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