Prac Lab #10 Empuje Hidrostatico

INSTITUTO ORIENTE
QUINTO SEMESTRE DE BACHILLERATO
FÍSICA II
PRÁCTICA # 10: Empuje Hidrostático
Contexto:
 Si observas a los peces de un acuario, ellos parecen mantenerse a una profundidad constante con aparentemente
ningún esfuerzo. En cambio, debemos sostener una bola de boliche para evitar que se hunda y debemos forzar a una
pelota de básquetbol para mantenerla dentro del agua. Si un objeto permanece suspendido en un fluido, quiere decir
que no hay una fuerza neta actuando sobre dicho objeto: la fuerza de gravedad es contrarrestada por una fuerza
igual pero opuesta, el empuje hidrostático. Esta condición de aparente carencia de peso se conoce como empuje
neutral.
 El principio de Arquímedes nos dice que el empuje hidrostático es igual al peso del fluido desplazado o empujado
hacia arriba y hacia los lados por un objeto. Por lo tanto, el peso de un objeto sumergido debe ser menor que el peso
de dicho objeto en aire. La diferencia entre estos dos pesos es precisamente el peso del agua desplazada.
 La tercera ley de Newton establece que si un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto
ejerce una fuerza de igual magnitud pero en dirección opuesta sobre el primer objeto.
 Si la densidad de un objeto es menor que la densidad del fluido en el cual es sumergido, el objeto flotara. Si la
densidad del objeto es mayor que la densidad del fluido, el objeto se hundirá.
Objetivo:
 Demostrar el mecanismo mediante el cual se regula el empuje hidrostático; mecanismo que de manera natural
emplean los peces mediante su vejiga natatoria.
 Calcular el empuje hidrostático producido al sumergir diferentes materiales.
 Demostrar la relación que existe entre el empuje hidrostático y la tercera ley de Newton.
 Demostrar la relación que existe entre el empuje hidrostático y la densidad del líquido en cuestión.
Material:
 Gotero
 Marcador permanente *
 1 envases de refresco de 2 litros vacío, limpio, y
con tapa. *
 Vaso de precipitados
 Dinamómetro
 Probeta graduada
 Cuerpos sólidos cilíndricos de diferentes
materiales *
 Objetos de metal y de madera, que tengan la
misma masa o en su defecto mismo volumen *
 Balanza Granataria








Hilo *
1 regla *
1 cinta de costurera *
Diurex o cinta adhesiva *
Plastilina *
1 Botella de 2 lt de refresco cortada en la parte
de arriba y preparada con desagüe lateral a 5/6
partes de altura (colocar un pedazo de
manguera gruesa o tubo, sellar con silicón).*
1 báscula de cocina *
1 vernier *
Procedimiento:
Parte A: Regulación del Empuje hidrostático.
1. Usa un marcador permanente fino para dibujar una escala sobre un gotero. Coloca una división
cada 5 ml.
2. Llena aproximadamente de ¼ a 1/3 del gotero con agua y colócalo dentro de uno de los
recipientes de refresco que debe estar completamente lleno de agua.
3. Una vez que el gotero esté flotando con la punta hacia abajo, sella el contenedor y mide la altura
del agua dentro del gotero.
4. Aprieta el recipiente y observa cómo desciende el gotero.
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5. Si el gotero se hunde antes de que apliques presión, quiere decir que hay demasiada agua dentro del mismo.
6. Si el gotero no empieza a descender cuando aplicas presión, quiere decir entonces que no hay suficiente agua dentro
del mismo.
7. Registra la altura del agua dentro del gotero cuando este se encuentra en el fondo y cuando permanece suspendido a
media botella; compara estos valores con los de la altura del agua registrada al estar flotando en la superficie.
8. De acuerdo al principio de Arquímedes el gotero es empujado hacia arriba con una fuerza equivalente al peso del
agua que desplaza. ¿Tus datos confirman el principio de Arquímedes?
Parte B: Medicion del empuje hidrostático
1. Sostén un objeto de metal en aire y mide su peso con un dinamómetro.
2. Registra dicho peso en la tabla que se muestra abajo.
3. Llena el vaso con desagüe lateral con agua hasta que empiece a derramarse (a
la altura del agujero lateral).
4. Una vez que el agua ha dejado de fluir, coloca una probeta seca, debajo de la
boca lateral para recibir toda el agua que sea desplazada..
5. Cuelga el objeto del dinamómetro y sumérgelo lentamente en el vaso
preparado de tal forma que toda el agua que desplace se recoja en la probeta.
6. Registra en la tabla, el peso del objeto cuando está sumergido en agua.
7. Registra también el peso del agua recolectada en la probeta.
8. Repite la actividad pero ahora utiliza un bloque de madera que tenga la misma
masa que el objeto anterior.
9. Analiza tus resultados registrados en la tabla. Es el peso del agua desplazada
igual o diferente a la diferencia del peso real del objeto y su peso cuando
sumergido en agua?
10. Calcula la densidad del sólido relacionando la masa medida al aire y el volumen medido. Registra este valor como
ρgeométrica, con su respectiva incertidumbre.
11. Calcula la densidad del sólido a partir de la expresión
12. registra el resultado en la tabla 2 como ρArquímedes.
13. Calcula los % de error de las densidades ρgeométrico y ρArquímedes respecto del valor convencionalmente verdadero para
el sólido correspondiente.
14. Repite el experimento para cada uno de los sólidos de que dispones.
Objeto
Peso en aire
Peso en agua
Diferencia de
peso
Peso del agua
desplazada
Metal
Madera
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Parte C: Empuje Hidrostatico y la Tercera ley de Newton
1. Calcula el peso de un vaso de precipitados lleno en 2/3 partes con agua y
regístralo en la tabla de abajo.
2. Suspende el peso de metal de un dinamómetro y registra su peso.
3. Sumerge el peso hasta la mitad del recipiente. Ten cuidado y evita que el
peso toque las paredes y el fondo de dicho recipiente.
4. Nuevamente registra el peso del vaso de precipitados con el objeto dentro.
5. Analiza tus resultados y explica.
Cuestionario (para entregar con el reporte definitivo de esta práctica):
Parte A:
1. Explica por que un buzo desciende cuando se aplica presión a su sistema.
2. Es mayor o menor la cantidad de agua desplazada cuando el buzo esta en el fondo? Explica.
3. Como trabaja el sistema de un submarino para regular la profundidad a la que este navega?
4. La NASA requiere entrenar a sus astronautas para que adquieran experiencia en ambientes ingravidos. Como puede
reproducirse o simularse un ambiente asi aquí en la tierra? Explica.
Parte B:
5. Cual es el empuje hidrostatico sobre el objeto de metal y sobre el objeto de madera obtenidos en esta actividad?
Explica.
6. Cual fue el peso de la madera “sumergida” en agua? Explica.
7. Un objeto pesaría más o pesaría menos si no existiera atmósfera en la tierra? Explica.
8. Si un bloque de metal y un bloque de madera de la misma masa fueran sumergidos, seria igual el empuje
hidrostatico ejercido sobre ambos? Por que o por que no?
9. Un adulto promedio tiene un volumen aproximado de 68,000 cm3. Si el aire pesa 1 N por cada m3, cual es el empuje
hidrostatico que ejerce la atmósfera sobre dicho individuo.
Parte C:
10. En muchas partes del mundo se venden líquidos caros tales como aceites esenciales y perfumes en mercados
abiertos y en bazares. Supón que un cliente pide 1 kg de aceite de semilla de kiwi, y el vendedor se lo pesa, agitando
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el líquido con una cuchara mientras ajusta el peso. El cliente se queja, diciendo que la cuchara esta haciendo que la
bascula registre un peso mayor del que realmente debiera marcar. El vendedor se defiende diciendo que el esta
deteniendo la cuchara y que por lo tanto no puede estar añadiendo peso al recipiente de aceite. Estará el vendedor
engañando al cliente?
El peso del vaso de precipitados aumenta, disminuye o permanece igual cuando se sumerge el objeto en el? Explica.
El peso del objeto de metal aumenta, disminuye o permanece el mismo al ser sumergido? Explica.
Los salmones son una de las especies marinas económicamente más importantes del Pacifico Norte. Pasan mucha
parte de su vida en el océano, pero nada contra la corriente del rió para desovar. Al nadar del océano a los ríos
recibirán mayor o menor empuje por parte del agua?
Los barcos cargueros pasan del Océano a los Grandes Lagos. Si ellos no ajustan sus tanques, el barco navegara
más alto o más bajo cuando pasa del océano al agua dulce?
Que le pasara a un barco o a un pez cuando este se pasa de agua salada a agua dulce y viceversa?
Debe añadirse mas soluto o mas solvente para hacer subir o para sumergir el huevo en el agua? Que debe añadirse
para que el huevo se hunda? Explica.
Por que el huevo se eleva cuando la sal se añade al agua?
Un barco navegara mas alto en el océano o en un lago?
Los iceberg son un riesgo para la navegación porque la mayoría de su masa esta sumergida y fuera de vista. Si el
iceberg se sumergiera en agua dulce, se vería mas parte fuera del agua o se vería todavía menos parte del iceberg?
Los ingenieros petroleros y los geólogos normalmente alimentan los pozos petroleros con agua salada para
incrementar la producción. Por qué?
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