UNIVERSIDAD DON BOSCO

UNIVERSIDAD DON BOSCO
LABORATORIO DE FÍSICA
CICLO:
AÑO:
Laboratorio: 05
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
Asignatura: FÍSICA II
Laboratorio 05: PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
I. OBJETIVOS
General
 Estudiar la aplicación física del Principio de Arquímedes.
Específicos
 Describir el fenómeno físico que ocurre al sumergir un cuerpo solido en un fluido.
 Comprobar que el volumen desplazado por un cuerpo solido sumergido completamente en un fluido, es igual al
volumen calculado de ese mismo cuerpo sólido.
 Determinar la magnitud de la fuerza de empuje (FE) que experimenta un cuerpo sumergido en un fluido
 Aplicar el principio de Arquímedes, para determinar la densidad de un cuerpo solido desconocido.
 Aplicar el principio de Arquímedes para determinar la densidad de un líquido desconocido.
II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
La Flotación es un fenómeno muy conocido: un cuerpo sumergido en agua “parece” pesar menos que en el aire. Si el
cuerpo es menos denso que el fluido, entonces flota. El cuerpo humano normalmente flota en el agua, y un globo lleno
de helio flota en el aire.
El Principio de Arquímedes expresa que “si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, éste ejerce
una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo denominada fuerza de flotación o empuje (FE), cuya magnitud es igual al peso
del fluido desalojado por el cuerpo”.
Consideremos un cuerpo totalmente sumergido en un fluido en reposo, tal como se muestra en la figura 1.
Figura 1: Cuerpo sumergido en un fluido.
Figura 2: Diagrama de fuerzas cuerpo sumergido.
Si el cuerpo está en equilibrio estático, se debe de cumplir que: ∑
y ∑
(Ec.1) (Ver figura 2)
Debido a la presión, se ejercen fuerzas sobre la superficie del cuerpo tal como se muestra en la figura 1. Así, la fuerza
total hacia arriba ejercida por el fluido sobre el cuerpo es igual al peso del objeto en dicho estado de equilibrio. El valor
de FE se calcula conociendo el peso del fluido que desaloja el cuerpo, es decir:
(Ec.2)
(Ec.3)
Principio de Arquímedes
Pág. 1
III. TAREA PREVIA
1.) Defina los siguientes términos:
 Peso Real
 Peso Aparente
 Fuerza de Empuje
 Peso Específico
2.) Investigar al menos 3 aplicaciones del Principio de Arquímedes.
3.) ¿Por qué el empuje que experimenta un cuerpo sumergido en un líquido es mucho mayor que si ese mismo cuerpo
se encuentra en un gas como por el ejemplo el aire?
4.) Se recomienda resolver problemas del Principio de Arquímedes haciendo uso de la bibliografía sugerida por el
docente de teoría.
IV. MATERIALES Y EQUIPO
Cantidad
1
1
1
1
5
1
1
1
Material/Equipo
Varilla Sostén con base
Calibrador Vernier
Probeta graduada de 100 mL
Dinamómetro
Piezas de aluminio
Recipiente de Rebose
Beaker
Recipiente pequeño
V. PROCEDIMIENTO
PARTE A: COMPROBACIÓN DEL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Y DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN
SOLIDO
a) Pesar cada una de las piezas de aluminio con la balanza de resorte o dinamómetro. (Ver figura 3)
b) Colocar agua en el recipiente de rebose y permitir que el agua se derrame un poco para asegurarse que el
agua estará a punto de caer. (Ver figura 4)
c) Sumergir totalmente la pieza de aluminio en el recipiente de rebose, colocar el beaker completamente seco,
para que el agua que salga del recipiente de rebose se vierta en él. (Ver figura 5)
Figura 3: Medición del peso real.
Figura 4: Preparación del recipiente de rebose.
Principio de Arquímedes
Pág. 2
d) Leer y anotar el valor del peso que registre el dinamómetro, esto será el Peso Aparente (WAPARENTE) (Ver figura 5)
e) El agua recolectada en el beaker, trasladarla al beaker completamente seco y luego medir el volumen de agua
para cada pieza de aluminio. (Ver figura 6)
f) Repetir el proceso para cada una de las piezas de aluminio.
g) Medir con el calibrador vernier, el diámetro y la altura de cada una de las piezas de aluminio y determine su
respectivo volumen (este será el Volumen Calculado).
Figura 5: Medición del peso aparente.
Figura 6: Medición del volumen de fluido desplazado.
h) Colocar los datos medidos y calculados en la tabla 1.
Pieza
Peso Real
WR (N)
Peso Aparente
WA (N)
Volumen de agua
desplazada VFD (m3)
Volumen calculado
VOBJ (m3)
1
2
3
4
5
TABLA 1
PARTE B: DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN LIQUIDO
a) Seleccionar uno de los cilindros y anotar su Peso Real.
b) Cambiar el agua dentro del recipiente de rebose por el Líquido Desconocido proporcionado por el instructor.
c) Llene completamente el recipiente de rebose con el líquido desconocido hasta que este se derrame por el
orificio de salida para asegurarse que el líquido estará a punto de caer.
d) Con ayuda del dinamómetro coloque la pieza que seleccionó en el primer paso y sumérjala por completo en el
líquido desconocido.
e) Recolectar el líquido desplazado en un beaker completamente seco y luego verterlo en la probeta.
f) Lea el valor del Peso Aparente que registra el dinamómetro.
g) Con ayuda de la probeta mida el volumen del líquido que se desplazó al sumergir la pieza de aluminio. Sacar la
pieza del recipiente de rebose y secarla.
Principio de Arquímedes
Pág. 3
h) Trasladar la información a la tabla 2.
PARÁMETRO
DATOS
Peso Real WR (N)
Peso Aparente WA (N)
Empuje FE (N) (Calculado)
Volumen de líquido X desplazado VFD (m3)
TABLA 2
Nota:
Una vez terminada la toma de datos, completar los espacios faltantes (si los hay) de las Tablas 1 y 2
Limpiar y ordenar su mesa de trabajo antes de retirarse.
Principio de Arquímedes
Pág. 4
VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS
PARTE A
1.) Completar la tabla 3 y dejar constancia de TODOS los cálculos realizados.
Pieza
Peso Real
WR (N)
Peso Aparente
WA (N)
Volumen de agua
desplazada VFD (m3)
Volumen calculado
VOBJ (m3)
Empuje
WR – WA (N)
Empuje
ρFVFDg (N)
1
2
3
4
5
TABLA 3
2.) De acuerdo a la tabla 3, son iguales o diferentes los Volúmenes de Fluido Desplazados con los Volúmenes
Calculados? Explique claramente.
3.) De acuerdo a la tabla 3 determine la Fuerza de Empuje. Son iguales o diferentes los valores de Fuerzas de
Empuje calculados con ambas fórmulas? Explique claramente.
4.) Construya en papel milimetrado, el gráfico FEMPUJE vrs VFD a partir de los datos que se calcularon en la tabla 3.
5.) De acuerdo al grafico anterior, ¿cuál es la relación de proporcionalidad entre FEMPUJE y VFD?
6.) Tomando en cuenta el grafico del literal 4, obtenga la ecuación experimental y la constante de
proporcionalidad con el método gráfico.
7.) ¿Qué representa la constante de proporcionalidad? Explique y justifique su respuesta.
8.) Con los datos que se obtuvieron en la tabla 2 determine el mejor valor de la densidad del aluminio usando el
principio de Arquímedes.
9.) Investigue la densidad del aluminio que proporcionan los libros de texto, y luego determine el porcentaje de
error respecto a la densidad que se encontró usando el principio de Arquímedes. Incluya la fuente bibliográfica
en su reporte.
10.) ¿De acuerdo al resultado anterior, es aceptable el porcentaje de error? ¿Cuáles pudieron ser las posibles
causas de error en este experimento?
PARTE B
1.) Con los datos que se obtuvieron en la tabla 3, determine la densidad del líquido desconocido.
2.) Calcule el porcentaje de error en la obtención de la densidad del líquido, tomando como valor experimental el
determinado en el literal 1 y como valor teórico el que su instructor le proporcione en la práctica.
3.) Elabore 5 conclusiones para su reporte, en base a los resultados obtenidos, causas de error y objetivos de la
práctica.
Principio de Arquímedes
Pág. 5
Departamento de Ciencias Básicas
Laboratorios de Física y Química
NOTA:
HOJA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES.
Asignatura: Física II
Nombre de la Practica: “Principio de Arquímedes.”
DOCENTE:______________________________________________Fecha:_____/______/______ G.L.:__________
Miembros del grupo:
No
Apellidos
1
2
3
4
5
No
Nombres
Aspectos a Evaluar
%Asig.
1
Presentación (Limpieza, orden, coherencia)
5
2
Tabla 3 (Completa, Constancia de cálculos, orden)
5
3
Explicó correctamente sobre los resultados de volúmenes
desplazados contra volúmenes calculados.
5
4
Determinó la fuerza de empuje con ambas fórmulas. Explicó
correctamente sobre los resultados de fuerza de empuje.
5
5
Grafico F
vrs V en papel Milimetrado (Aseo, Titulo,
nombres de ejes, unidades, puntos de dispersión, línea de
tendencia, escala)
6
Determinó el tipo de relación de proporcionalidad.
7
Determinó la constante de proporcionalidad con el método
gráfico. Determinó y Escribió correctamente la ecuación
experimental. Unidades
8
Explicó el significado de la constante de proporcionalidad.
9
Determinó el mejor valor de la densidad del aluminio
usando el principio de Arquímedes.
10
10
Determinó el porcentaje de error de la densidad del
aluminio. Incluyó la fuente bibliográfica.
5
11
Explicó si el porcentaje de error fue aceptable. Mencionó
las posibles causas de error.
5
12
Determinó el porcentaje de error de la densidad del líquido
desconocido. Incluyó el valor teórico proporcionado por el
docente de laboratorio.
13
Elaboró las 5 conclusiones
EMPUJE
Carnet
%Obten.
Firma
G.T.
Observaciones
FD
15
5
15
5
10
10
TOTAL DE PUNTOS
100
Principio de Arquímedes
Pág. 6