7 PRINCIPIO DE ARQUIMEDES No

No
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DEPARTAMENTO DE
FISICA Y GEOLOGIA
LABORATORIO DE FISICA PARA LAS CIENCIAS DE LA VIDA
PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
UNIVERSIDAD DE PAMPLONA
FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS
Objetivos


Comprobar experimentalmente el principio de Arquímedes
Aplicar este principio para determinar la densidades de cuerpos.
Esquema del laboratorio y Materiales
Equipo requerido
Probeta de 250 ml
Dinamómetro
Juego de pesas con agarraderas
Hilo inextensible
Calibrador
Cantidad
1
1
1
1
1
Observaciones
Marco teórico y Cuestionario
PRECONCEPTOS:
Consultar tablas de densidades de líquido, sólidos y formulas como se calcula el volumen y el area de de
figuras y regiones geometricas.
La densidad de un cuerpo homogéneo, ρ, de masa m y volumen V, se define como:
Edito:Esp. NELSON A GALVIS , Esp. GERMAN CONTRERAS
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PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
(1)
3
Sus unidades son, en el sistema internacional (S.I.), kg/m , y en el sistema cegesimal
3
(C.G.S.), g/cm .
“El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido, total o
parcialmente en un fluido (líquido o gas), experimenta una fuerza, llamada EMPUJE,
dirigida verticalmente hacia arriba, cuyo módulo es igual al peso del fluido
desalojado”
E=
ρfVsg
(2)
Donde ρf es la densidad del fluido y Vs el volumen sumergido del cuerpo sólido.
Obsérvese que según (1), ρf Vs es la masa de líquido desalojado, y por tanto ρfVsg es su
peso. Teniendo en cuenta este principio, un cuerpo de masa m sumergido en el fluido de
densidad ρf se verá sometido a dos fuerzas:
P = mg = ρcVc g
Su peso:
El empuje:
E = ρf Vsg,
dirigida hacia abajo.
dirigido hacia arriba.
Donde ρc es la densidad del cuerpo. En el supuesto de que esté totalmente sumergido, Vc
= Vs . A la suma vectorial de estas dos fuerzas se le llama peso aparente del cuerpo, Pa.
Es decir:
Pa = P +E entonces Pa = P - E
(3)
Si ρc > ρf, el cuerpo no flotará y P será mayor que E, con lo que el peso aparente Pa será
menor que el peso real P. Es decir, los cuerpos en el seno de un fluido parecen pesar
menos. Si, mediante una balanza, podemos determinar el peso real del cuerpo, P,
(medido en el aire) y el empuje, E, (medido con el cuerpo sumergido en el fluido), su
cociente será:
(4)
De la ecuación (4), conociendo la densidad del fluido y las fuerzas P y E, podemos
determinar la densidad del cuerpo ρc. En nuestra experiencia el fluido será agua de
3
densidad aproximada ρf =1 g/cm .
El peso del agua desplazada al introducir un objeto en un fluido esta dado por la expresión
PAgua = magua.g = ρfVsg
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(5)
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Procedimiento
Determinación del empuje y la densidad de cuerpos
1 Sujete el dinamómetro como se indica en la figura 1. Ajústale a cero en esta posición.
2 Sujete un cuerpo al dinamómetro y registre su peso (P) en la tabla 1. Ver figura 2.
3Determina el volumen del cuerpo, utiliza el calibrador para realizar las medidas.Tabla 1.
4 Llena la probeta con 250 ml de agua.
5 Sumerge completamente el cuerpo en el agua y tome el peso aparente (Pa) que marca
el dinamómetro (véase la Figura 3). Tabla 1. (Ten cuidado de no mojar el dinamómetro)
6 Repetir los procedimientos anteriores para las demás cuerpos.
Análisis de datos
1 Haz un diagrama de las fuerzas que actúan sobre la masa y calcula el empuje (E) de
Arquímedes, sobre cada masa. Registre el dato en la tabla1
2 Halle el empuje que experimenta el cuerpo. Tabla 1.
3 Hallar el peso de agua desplazada utilizando la ecuación (5). Tabla 1.
Tabla 1.
Forma
V (m3)
P(N)
Pa(N)
E = P- Pa (N)
Pagua (N)
Densidad de objetos(Kg/m3)
Elemento
4 Calcula el error relativo porcentual entre el empuje y el peso del agua desplazado por
cada cuerpo. Tabla 2.
5. Calcula la densidad de cada cuerpo utilizando ecuación (4), y compárala con la
densidad que esta hecha el cuerpo, a que elementos corresponden. Tabla 1.
6. Calcula el error relativo porcentual de las densidades halladas para cada cuerpo con la
densidad real. Tabla 2.
Tabla 2
e r1 =
e r2 =
e r3 =
e r1 =
e r2 =
e r3 =
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Preguntas de control
1 Cuando pesa más los cuerpos antes o después de introducirlos en el líquido.
2 Que sucede si la densidad de un fluido es mayor que la del objeto que se sumerge en
este y que le puede suceder al peso aparente
3 ¿De qué depende que un cuerpo flote o no en un líquido: de su volumen, de su peso o
de su densidad? ¿o depende simultáneamente de varios de estos factores?
4 ¿Podría realizarse la práctica empleando mercurio (ρ = 13.6 g/cm3) en lugar de agua
como fluido?.
5 Compara el empuje y el peso del agua desplazada por cada cuerpo. Como son los
resultados.
Conclusiones y observaciones
Las conclusiones se deben formular teniendo en cuenta los resultados obtenidos.
Bibliografia
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Física para las ciencias de la vida y la Salud. Alan Cromer.
Física para las ciencias de la vida. MacDonal.
Física Recreativa. http:/www.fisicarecreativa.com
www.fisica.ru.
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