PRINCIPIO DE ARQUIMEDES Y FLOTACIÓN OBJETIVO GENERAL

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES Y FLOTACIÓN

OBJETIVO GENERAL:

Demostrar, comprender e interpretar aspectos y parámetros que rigen el principio

de Arquímedes.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

1. Calcular la fuerza de empuje que ejerce un fluido sobre un cuerpo sumergido.
2. Comparar la fuerza de empuje con el peso en el aire y el peso aparente de uno de los cuerpos en consideración

MATERIALES:

1. Balanza
2. Beaker
3. Calibrador
4. 4 Cuerpos sólidos
5. Dinamómetro
6. Pipeta

RESUMEN:

En este practica de laboratorio, se llevará a cabo la comprobación experimental del Principio de Arquímedes, de manera tal que se puedan comprender a partir de este, los conceptos relacionados con el principio. Para llevar a cabo esta comprobación, la practica consistirá básicamente en la determinación del empuje y el peso aparente.

MARCO TEÓRICO:

1. Flotación:

En un sentido amplio, se designa al sostenimiento que un cuerpo observará en la superficie de un líquido. En tanto, el concepto de flotación, en el sentido mencionado, se encuentra basado en uno de los principios esbozados por el matemático griego Arquímedes en sus estudios al respecto. En este principio Arquímedes afirma que, todo cuerpo que se halle total o en forma parcial sumergido en un fluido se encuentra sometido a una fuerza que será igual al del fluido sobre el cual yace.

1. Principio de Arquímedes:

Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje, de abajo hacia arriba, igual al peso del líquido desalojado.

Cuerpos sumergidos

Sobre un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas; su peso, que es vertical y hacia abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba.

Si queremos saber si un cuerpo flota es necesario conocer su peso específico, que es igual a su peso dividido por su volumen.

Entonces, se pueden producir tres casos:

1.  Si el peso es mayor que el empuje (P > E), el cuerpo se hunde. Es decir, el peso específico del cuerpo es mayor al del líquido.

1. si el peso es igual que el empuje (P = E), el cuerpo no se hunde ni emerge. El peso específico del cuerpo es igual al del líquido.

1. Si el peso es menor que el empuje (P < E), el cuerpo flota. El peso específico del cuerpo es menor al del líquido.

1. Empuje:

La fuerza de empuje es una fuerza que aparece cuando se sumerge un cuerpo en un fluido. El módulo de ésta viene dado por el peso del volumen del fluido desalojado.

Se produce debido a que la presión de cualquier fluido en un punto determinado depende principalmente de la profundidad en que éste se encuentre (en otras palabras, a la cantidad de fluido que tenga encima).

Esta presión ejerce una fuerza sobre cualquier cuerpo sumergido en el fluido y tiene la propiedad ser perpendicular a la superficie del cuerpo.

Si pensamos en un cuerpo cúbico sumergido es evidente que alguna de sus caras estará más profunda que el resto de ellas. Dado que la presión ejerce una fuerza sobre todas las caras sin importar cuál sea y siempre perpendicular a esta, la fuerza que se ejerce sobre la cara más profunda es mayor que la fuerza sobre la cara menos profunda, lo que da como resultante una fuerza ascendente que es la fuerza de empuje.

En las caras laterales no ocurre esto ya que las fuerzas laterales se restan puesto que, punto a punto, se encuentran a la misma altura.

El empuje puede ser expresado matemáticamente como:

E = Pe • Vcpo que expresa que el producto del volumen del cuerpo por la densidad del fluido es igual a la masa del fluido desalojado, correspondiente a un volumen idéntico al que tiene el cuerpo sumergido. El producto de dicha masa por la aceleración de la gravedad nos da su peso. Por lo tanto. También podemos calcular el empuje que sufren los cuerpos que están sumergidos en un fluido usando la expresión:

E = Vcpo • ρliq•g = mlíq • g

De acuerdo a todo lo anterior, el empuje que recibe un cuerpo sumergido en un líquido puede determinarse por alguna de las siguientes expresiones:

Empuje = Peso del fluido desalojado

Empuje = Peso real – peso aparente en el líquido

Empuje = (densidad del cuerpo) (volumen del cuerpo sumergido) (gravedad)

E = ρcpo • Vcpo • g

Empuje = (Peso específico de la sustancia) (Volumen del líquido desalojado)

E = Pe • Vcpo

Empuje = (masa del líquido desplazado) (gravedad)

E = mlíq • g

Empuje = (densidad del líquido) (volumen del líquido desalojado) (gravedad)

E = ρliq • Vliq • g

Conviene recordar que para la aplicación de las fórmulas anteriores, en caso de que el cuerpo este totalmente sumergido, el volumen del cuerpo es igual al volumen de líquido desalojado, y que cuando el cuerpo flota parcialmente en el líquido, el volumen del líquido desalojado es igual solamente al volumen de la parte del cuerpo que se encuentra sumergido.

1. Peso Aparente:

Cuando un cuerpo está totalmente sumergido en un fluido, este experimenta un empuje que tiene sentido opuesto al peso del objeto. La fuerza resultante por lo tanto es inferior al peso que tendría el cuerpo en el aire, a este peso (en el agua) se le denomina peso aparente.

1. Volumen de sólidos geométricos:

• Volumen Cilindro:

[pic 1]

• Volumen de un Cubo:

[pic 2]

TABLAS Y RESULTADOS

Tabla 1. Relación Sólido-Masa Desplazada

Tabla 2. Peso al Aire – Peso Aparente – Peso Real en Agua

Tabla 3. Peso al Aire – Peso Aparente – Peso Real en Alcohol

...