Balanza Hidrostatica PDF

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Como hacer una balanza hidrostática casera, para medir densidad empuje y presión hidrostática en superficies planas sumergidas....

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UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE METALURGIA

Luz Katherine Avila Rojas Leidy Dayanna Mayorga Moreno

PRESENTADO A: Ing. Oscar Yesid Córdoba

1. MATERIALES 1.1. Materiales balanza hidrostática casera: - Balanza Digital - Agua Destilada - Lata de Cerveza - Tira de PVC - Nylon - 4 Frascos de pintucaritas - Recipiente de Plástico - Palo de pincho 1.2. Materiales a pesar en la balanza hidrostática: - Tuerca de Hierro - Canica - Probeta de acero inoxidable

2. MONTAJE EXPERIMENTAL Para la elaboración de una balanza hidrostática casera se siguieron los siguientes pasos: 2.1.

2.2.

Colocar los 2 frascos de pintucaritas a cada lado de la balanza digital, sobre estos ubicar una tira de pvc, destacando que esta no toque la balanza En el centro de la tira de pvc, colocar el recipiente de plástico.

2.3. 2.4.

2.5.

2.6.

Colocar la estructura de la lata de cerveza sobre la báscula, sin llegar a tocar en ningún momento la tira de cartón ni el recipiente de plástico Encima de la estructura de lata de cerveza, colocar el palo de pincho, el cual tiene suspendida los diferentes materiales a pesar; estos están sujetados con nylon, ubicándose de tal modo dentro del recipiente de plástico, sin que este toque el fondo del mismo. Se coloca el montaje sin cada uno de los materiales a pesar y se tara la balanza, se cuelga uno a uno y se sujetan con el nylon colgándose en el palo de pincho, con el fin de determinar el peso de estos cuando se encuentran en el aire Finalmente, para determinar el peso los materiales cuando se encuentra en el agua, se llena el recipiente plástico con agua destilada hasta que cubra totalmente cada uno de los objetos (aproximadamente 60 ml de agua destilada)

3. ANALISIS DE RESULTADOS Para comprobar el principio de Arquímedes, el cual afirma que todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del líquido desalojado, se hace uso de una balanza hidrostática casera, la cual se elaboró a partir de los elementos anteriormente mencionados, donde se pretende conocer el peso del objeto cuando este se encuentra tanto en el aire como en el agua. Para la realización de este ensayo se tomó en cuenta la temperatura en la cual se encontraba el ambiente, la cual fue 12°C que corresponde a una densidad de 0.99959 gr/ml (se dice que la densidad del agua es constante, pero ante variaciones de temperatura esta cambia en rangos muy bajos). Otro aspecto importante a tener en cuenta es que las Fuerzas hidrostáticas sobre una superficie plana sumergida, puesto que no puede haber esfuerzos de corte en un fluido estático, todas las fuerzas hidrostáticas que actúan sobre una superficie sumergida en dicho fluido deberán ser normales a la misma. Si la presión se distribuye uniformemente sobre un área, la fuerza es igual a la presión por el área, y el punto de aplicación de la fuerza es el centroide del área. Por lo cual obtenemos la siguiente ecuación: 𝐹 =𝑃∗𝐴 𝐷𝑒𝑠𝑝𝑒𝑗𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑛𝑒𝑚𝑜𝑠: 𝑃=

𝐹 𝐴

Al realizar el ensayo se obtuvieron en cuenta las siguientes formulas:

 𝜌=

𝑚 𝑣

=

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒−𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑢𝑎



𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑢𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒 − 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒



𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐴𝑖𝑟𝑒 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐴𝑔𝑢𝑎 

𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑙𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜 (𝐻2𝑂) (𝑔𝑟 ) 

𝜌=

1𝑔𝑟 𝑚𝑙

 Volumen del líquido desalojado= Volumen del objeto sumergido en el agua

 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 =

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑙𝑜𝑗𝑎𝑑𝑜 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎

=

𝑔𝑟 𝑔𝑟 𝑚𝑙

= 𝑚𝑙

A partir de las cuales se obtuvieron los siguientes resultados: Densidades

-

Canica: 𝜌=

-

Tuerca Hierro: -

-

23 𝑔 = 2,55 𝑔/𝑚𝑙 23 𝑔 − 14 𝑔/𝑚𝑙

𝜌=

11 𝑔 11 𝑔−9 𝑔/𝑚𝑙

= 5,55 𝑔/𝑚𝑙

Probeta de acero Inoxidable: 𝜌=

84 𝑔 = 7,63 𝑔/𝑚𝑙 84 𝑔 − 73 𝑔/𝑚𝑙

Empuje

-

-

-

Canica: 𝐸=

9𝑔 = 9,0 𝑚𝑙 0.99959 gr/ml

𝐸=

2𝑔 = 2,0 𝑚𝑙 0.99959 gr/ml

Tuerca Hierro:

Probeta de acero Inoxidable: 𝐸=

11 𝑔 = 11,0 𝑚𝑙 0.99959 gr/ml

Fuerza Ejercida Por Un Líquido Sobre Una Superficie Plana a) Áreas: - Canica: 4 π r 2 = 4 π (1,25 cm) 2 =19,63 cm2 -

Tuerca de Hierro: 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 = 𝑃𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑏𝑎𝑠𝑒 ∗ ℎ = 5(0.8𝑐𝑚(1.8𝑐𝑚) = 7.2𝑐𝑚2 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑏𝑎𝑠𝑒 =

𝑃𝑎𝑝𝑜𝑡𝑒𝑚𝑎 5(0.8𝑐𝑚)(0.5𝑐𝑚) = 1 𝑐𝑚 2 = 2 2

𝐴𝑟𝑒𝑎𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 + 𝐴𝑟𝑒𝑎𝑏𝑎𝑠𝑒 = 7.2𝑐𝑚2 + 2(1 𝑐𝑚 2 ) = 9.2 𝑐𝑚 2 -

Probeta de Acero Inoxidable: 2 πrh + 2 πr2 = 2π(3,8 cm)(0,9cm) + 2π(0,9 cm) 2 = 26,57 cm2

b) Presión: - Canica: 𝑃=

-

0,023 𝑘𝑔 ∗ 9.82𝑚/𝑠 2 = 1,15 𝑃𝑎 0,1963 𝑚2

Tuerca de Hierro: 𝑃=

-

0 011 𝑘𝑔 ∗ 9.82𝑚/𝑠 2 = 1,17 𝑃𝑎 0,092 𝑚 2

Probeta de Acero Inoxidable: 0,084 𝑘𝑔 ∗ 9.82𝑚/𝑠 2 = 3,1 𝑃𝑎 𝑃= 0,2657 𝑚 2

CONCLUSIONES: -

-

-

-

Entre más pesado sea el material empleado, mayor es su densidad y, por tanto, mayor es su fuerza de empuje. Esto se puede corroborar siendo la probeta de acero inoxidable el material que presento este comportamiento. Con ayuda de los cálculos se pudo determinar que las densidades de los elementos empleados varían si se encuentran en el agua, que cuando se encuentran simplemente en el aire, siendo la tuerca de hierro la que posee la menor densidad cuando está sumergida en el agua destilada. El peso real de los materiales usados es igual a la fuerza de empuje de cada uno de ellos. Podemos deducir que la presión hidrostática es directamente proporcional a la densidad del fluido que ejerce la presión, la magnitud de aceleración de gravedad y la profundidad del fluido. Como podemos observar el objeto que presenta mayor presión hidrostática es la probeta de acero inoxidable, esto se debe a que este material es el más denso respecto a los otros materiales.

Adjuntamos link del video realizado del montaje de la báscula hidrostática: https://drive.google.com/file/d/12CwHlv4Bywy8HsNqjdvgnZT6OYzDzJwn/view?us p=sharing

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: VITE Leonardo. Principio de Arquímedes. De: Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. (En Línea, Revisado: 25 Noviembre 2020) Disponible en Internet en: https://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/prepa4/n3/m4.html ESCOBAR Eduardo, et al. Construcción de una Balanza Hidrostática Sobre Superficies en Contacto con un Líquido. De: Facultad de Ingeniería. Universidad Privada del Norte. (En Línea, Revisado: 25 Noviembre 2020) Disponible en Internet en: https://es.slideshare.net/ClaudiaLlaczaCruzado/balanza-hidrosttica...