AFP - Universidad Don Bosco

UNIVERSIDAD DON BOSCO
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BASICA
LABORATORIO DE FISICA
ASIGNATURA: FISICA TECNICA
LABORATORIO 8: PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
I. OBJETIVO GENERAL
Determinar la fuerza de empuje ejercida por un fluido y la densidad de un sólido aplicando el Principio
de Arquímedes
II. INTRODUCCION TEORICA
Un fluido es un conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas por fuerzas
cohesivas débiles y por fuerzas ejercidas por las paredes de un recipiente.
Se llama presión a la fuerza normal (perpendicular) por unidad de área. Si una fuerza F oprime una
superficie, estando distribuida en un área A, la presión P se puede determinar usando la ecuación:
P
F
A
donde A es el área sobre la cual se aplica una fuerza y F es la fuerza aplicada. La unidad utilizada para
medir la presión en el Sistema Internacional es el Pascal (N/m2)
La presión en un líquido aumenta linealmente con la profundidad. La presión atmosférica disminuye
con el incremento en la altura. La presión en un líquido es la misma para todos los puntos que se
encuentran al mismo nivel. A nivel del mar la presión atmosférica es 101.3 Kpa, o 14.7 lb/in2.
Cualquier persona está familiarizada con la natación y otros deportes acuáticos ha observado que los
objetos parecen perder peso cuando se sumergen en el agua. En realidad, el objeto puede incluso
flotar en la superficie debido a la presión hacia arriba ejercida por el agua. Un antiguo matemático
griego Arquímedes fue el primero que estudió el empuje vertical hacia arriba ejercido por los fluidos.
El principio se enuncia así: "Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia
arriba igual al peso del fluido desalojado".
El principio de Arquímedes se puede demostrar estudiando las fuerzas que ejerce el fluido sobre un
cuerpo que se encuentran suspendido en él.
Al ir introduciendo el cuerpo en el líquido se va desalojando paulatinamente un volumen de líquido
igual al volumen que se va introduciendo del cuerpo (Fig. N° 1)
Fig. N° 1
El líquido reacciona contra esa intromisión empujando al cuerpo con la misma fuerza que utilizaba para
mantener al líquido que estaba allí. La fuerza de empuje (
F
b
) es igual al peso del líquido desalojado.
El peso del líquido desalojado es igual a la masa de líquido desalojado por la gravedad
F
b
w m
L
L
g
 v. .g  ml g
F
w
_w
real
aparente
También se puede calcular el empuje como: b
El equilibrio se produce cuando el
peso del cuerpo en el vacío es igual al empuje. Si el peso es mayor que el empuje máximo (cuando
está todo hundido) el cuerpo se desplaza hacia el fondo. Si el peso del líquido desalojado excede al
peso del cuerpo sumergido, el cuerpo se elevará hasta la superficie y flotará. Cuando el cuerpo
alcanza el equilibrio, desplazará su propio peso del líquido. El empuje no depende ni del tamaño del
recipiente donde está sumergido el objeto ni de la profundidad a que se encuentre el cuerpo. La
densidad del cuerpo sumergido se puede determinar utilizando la siguiente ecuación:

m
v
III. TAREA PREVIA
Investigar:
1. Dos aplicaciones del Principio de Arquímedes
2. La ecuación para determinar el volumen de los siguientes cuerpos: cilindro, esfera y caja rectangular
3. Las definiciones de: peso real, peso aparente, fuerza de empuje
IV. MATERIAL Y EQUIPO
Varillas de sostén con base
Calibrador vernier
Probeta graduada de 100 ml
Dinamómetro (valor máximo de 5 N)
Recipiente de rebose
Balanza
Cuatro piezas de aluminio
Agua
V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
1. Medir la masa, el diámetro y la altura de cada cilindro. Anotar resultados en la tabla N° 1.
Tabla N°1: Masa, diámetro y altura de los cilindros
N° Cilindro
m(kg)
d(m)
h(m)
1
2
3
4
2. Colocar agua en el recipiente de rebose y dejarla a punto de caer. Colocar la probeta seca, tal
como se muestra en la Fig. N° 2.
3. Ubicar el dinamómetro en el gancho del cilindro e introducirlo totalmente en el recipiente de rebose
(Fig. N° 3). Anotar el valor del peso que registra el dinamómetro y el volumen desalojado por el
cuerpo en la tabla N° 2 de la hoja de datos y análisis de resultados.
Fig. N° 3
Tabla N°2: Peso aparente y volumen desalojado por los cilindros
N° cilindro
1
2
3
4
wa(N)
vd(m3)
VII. HOJA DE ANALISIS DE RESULTADOS
1. Utilizando los datos de la tabla N° 1 determinar el peso real y el volumen de cada cilindro dejando
constancia de los cálculos. Completar la tabla N° 3
N° Cilindro
1
2
3
4
5
Tabla N° 3. Peso real y volumen de los cilindros
m(kg)
wr(N)
d(m)
h(m)
v(m3)
2. Utilizando los datos de la tabla N° 3 determinar la densidad de los cilindros
3. Encuentre el mejor valor de la densidad de los cilindros y determine el porcentaje de error respecto
al valor teórico del aluminio 𝜌=2.70 x 103 kg/m3
4. Determinar la fuerza de empuje en cada caso y completar la tabla N° 4
N° cilindro
wr (N)
Tabla N° 4 Fuerza de empuje
wa(N)
Fb (N)
vd
5. Utilizando los datos de la tabla N° 4 construir un gráfico Fb versus vd en papel milimetrado
6. Cuál es la relación de proporcionalidad entre las variables del gráfico
7. Determinar la ecuación experimental del gráfico
8. Qué representa la pendiente del gráfico
9. A partir del valor de la pendiente del numeral 7. Determine el valor de la densidad del líquido y
compare el resultado con el valor teórico del agua 𝜌=1.00 x 103 kg/m3
10. Según los porcentajes de error obtenidos en los numerales 3 y 8. Indique cuál método es más
confiable
11. Escriba dos aplicaciones del principio de Arquímedes
12. Escriba sus conclusiones y comentarios
Física técnica. Laboratorio Nº 8. Hoja de criterios de evaluación de los resultados experimentales
Departamento: Ciencias Básicas
Laboratorio: Física
Asignatura: Física Técnica
NOTA
Principio de Arquímedes
N°
Apellidos
Nombres
Carnet
Firma
GT
1
2
3
4
5
Nombre y firma del Docente de Laboratorio:
MESA:
N°
1
GL:
FECHA:
Criterios a evaluar
% Asignado
Presentación y orden del reporte
5
2 Determinar el peso real y el volumen de cada
cilindro dejando constancia de los cálculos.
Completar la tabla N° 3
10
3
Utilizando los datos de la tabla N° 3 determinar la
densidad de los cilindros
10
4
Determinar la fuerza de empuje en cada caso y
completar la tabla N° 4
10
5
Cuál es la relación de proporcionalidad entre las
variables del gráfico
5
6
Determinar la ecuación experimental del gráfico
10
7
Qué representa la pendiente del gráfico
10
8
A partir del valor de la pendiente del numeral 7.
Determine el valor de la densidad del líquido y
compare el resultado con el valor teórico del agua
10
Según los porcentajes de error obtenidos en los
numerales 3 y 8. Indique cuál método es más
confiable
10
9
10 Escriba dos
Arquímedes
aplicaciones
del
principio
11 Escriba sus conclusiones y comentarios
TOTAL DE PUNTOS
de
10
10
100
% Obtenido
Observaciones