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FACULTAD DE INGENIERÍAASIGNATURA: FISICA IISEMESTRE: 2020 - 00TEMA: MECANICA DE FLUIDOS (PRINCIPIO DEARQUIMEDES)NOMBRE DEL PROFESOR:ING. MEDINA CAMARGO IVANINTEGRANTES:1. EGOAVIL QUINTANA BRYAN2. ESPINOZA PIZARRO JOHN3. LAZARO ARTICA JONDALFECHA DE PRESENTACION DEL INFORME:24/01/HUANCAYO – PERU1. TI...

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FACULTAD DE INGENIERÍA ASIGNATURA: FISICA II SEMESTRE: 2020 - 00 TEMA: MECANICA DE FLUIDOS (PRINCIPIO DE ARQUIMEDES)

NOMBRE DEL PROFESOR: ING. MEDINA CAMARGO IVAN INTEGRANTES: 1. EGOAVIL QUINTANA BRYAN 2. ESPINOZA PIZARRO JOHN 3. LAZARO ARTICA JONDAL FECHA DE PRESENTACION DEL INFORME: 24/01/2020 HUANCAYO – PERU 2020

1.

TITULO: Mecánica de Fluidos (Principio de Arquímedes)

2.

RESUMEN

Para poder comprobar experimentalmente lo hecho en las clases de teoría de física es lo que buscamos en los laboratorios. En esta oportunidad iniciamos en el tema de mecánica de fluidos, analizando el principio de Arquímedes que explica el empuje que hace un fluido sobre un objeto con cierta densidad y volumen, de esta manera usando diferentes materiales como las pesas en forma cilíndrica, la probeta llena de agua para sumergir las pesas y una regla para medir la elongación.

3.

OBJETIVOS 3.1 -

Comprobar experimentalmente el Principio de Arquímedes

3.2 -

4.

GENERAL

ESPECIFICO

Aplicar el principio de Arquímedes en la determinación experimental de la densidad de un material Determinar el peso de un cuerpo en el aire y después en el agua. Determinar el volumen de agua desalojada por un cuerpo al sumergirlo

FUNDAMENTO TEORICO

Densidad de un cuerpo (ρc): La densidad ρ de un cuerpo es la relación de su masa mc a su volumen Vc

Peso (ω): el peso de un cuerpo es la fuerza gravitacional; multiplicado la masa por la gravedad cuya unidad es (N); valor de la gravedad 9,8 m/s2 Principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido ya sea liquido o gas en equilibrio, experimenta una disminución aparente de su peso, como consecuencia de la fuerza vertical y hacia arriba, llamada empuje, que el fluido ejerce sobre dicho cuerpo”. Empujé (E): El empuje es igual a la densidad del fluido, por la gravedad y el volumen desalojado El volumen desalojado es igual al volumen del cuerpo; luego: Ecuaciones deducidas para determinar la densidad del cuerpo (ρc) 1er Método para determinar la densidad del cuerpo (ρc) 2

Unidad: (N)

a. Realice el cálculo de la densidad, del sistema en equilibrio.

Volumen desalojado (VD):

Constante del resorte (K):

Masa del cuerpo (mc):

Volumen del cuerpo es igual al volumen desalojado (Vc):

Luego tendremos que:

b. Reemplazando en la ecuación (1) se obtiene la ecuación para calcular la densidad del cuerpo:

Dónde: x1, x2 son las elongaciones (m) medidos 2do Método para determinar la densidad del cuerpo (ρc) Determinando la masa en forma experimental: a. Realice el cálculo de la densidad, del sistema en equilibrio.

Volumen desalojado (VD):

Constante del resorte (K):

Reemplazando estas relaciones en la ecuación (1) obtenemos la masa: 3

b. Hallando la densidad del cuerpo:

Reemplazando ecuación (2) en ecuación (3):

Donde: d= Diámetro de la probeta (m) h2= Medida de la altura del agua en la probeta (m) h1= altura del agua introducido el cuerpo en la probeta (m) VD=Reemplazar el valor del volumen (m3) desalojado del cálculo obtenido por la medición de las alturas

5.

PARTE EXPERIMENTAL 5.1

EQUIPOS / MATERIALES

Ítem 01 02 03 04 05

5.2

Equipo soporte Universal con Nuez probeta de 250 ml regla Metálica resorte pesas

Cantidad 01 01 01 01 03

PROCEDIMIENTO

a. Medir la longitud del resorte antes de colocar la pesa: Li (Figura 1). Anotarlo en la TABLA 01. b. Medir la longitud del resorte estirado cuando se coloca la pesa: Lf1 (Figura 2). Anotarlo en la TABLA 01.

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c.

Determine la elongación (x1): x1= Lf1 - Li. Anotarlo en la TABLA 02 tener cuidado con la unidad.

d. Medir la masa de cada cuerpo en la balanza. Anotarlo en las TABLA 01 y TABLA 02 (cuidado con las unidades). e. Medir el diámetro interno de la probeta a utilizar: d. Anotarlo en las TABLA 01 y TABLA 02 (cuidado con las unidades). f.

f. Llene agua en la probeta (200 ml) y medir la altura del agua (h1). Anotarlo en las TABLA 01 y TABLA 02 (cuidado con las unidades). Calcular su volumen inicial (V1 = Ah1, siendo A = (π/4) * d2 ). Anotarlo en el cuadro debajo de la TABLA 01

g.

Visualizar en la escala de la probeta cual es el volumen de agua. El valor obtenido anotarlo en la Tabla 02 en m3 . (V1) Debido a que el agua y la mayoría de los líquidos tienden a subir por las paredes de los recipientes, forma un menisco o depresión. Por eso, una vez que se vierte el líquido en la probeta, ésta se coloca a la altura de los ojos y se considera el volumen que indica la parte inferior del menisco, como se observa en la figura

h. Sumergir la masa colgante en la probeta con agua, sin tocar las paredes, ni el fondo del depósito i.

Medir la altura del agua (h2) en la probeta con el cuerpo sumergido, (anotar el valor en la Material de trabajo FÍSICA II TABLA 01 y TABLA 02, tener cuidado con las unidades).

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j.

Visualizar en la escala de la probeta cual es el volumen de agua con el cuerpo sumergido. El valor obtenido anotarlo en la Tabla 03. (V2), anotar el valor en la TABLA 02 en m3.

k. Calcular el volumen desalojado VD = A (h2-h1) donde A = (π/4) * d2 , anotar el valor en la TABLA 02 en m3 l. Medir la longitud del resorte estirado cuando la pesa se encuentra sumergido en el agua: Lf2, anotar el valor obtenido en la TABLA 01.

m. Calcular la elongación del resorte cuando está con el cuerpo sumergido en el agua (x2 = Lf2-Li), el valor obtenido anotarlo en la TABLA 02 en m. n. Con los datos obtenidos calcular la densidad de los cuerpos para cada caso, con las formulas de la TABLA 03 y anotar lo obtenido en dicha tabla. A continuación, se muestra las TABLA 01 y TABLA 02, donde se puede apreciar en que columnas se ingresaran los datos obtenidos según las letras del procedimiento

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6.

RESULTADOS OBTENIDOS

TABLA Nª1 Valores obtenidos de la parte experimental

Pesa

Masa (g)

Longitud del resorte inicial sin la masa (L1) (cm)

Longitud del resorte final con la masa (Lf1) (cm)

Diámetro de la probeta (d) (cm)

Medida de la altura del agua en la probeta (h1) (cm)

Medida de la altura del agua introducido el cuerpo en la probeta (h2) (cm)

Longitud del resorte final introducido el cuerpo en la probeta (Lf2) (cm)

1 2 3

V1= 13.85 ml TABLA 02: Valores calculados con datos obtenidos de la parte experimental 7

Pes o

Masa (kg)

Elongacio n del resorte inicial (X1)

Diametr o interno de la probeta (d) (m)

Medid a de la altura del agua en la probeta (h1)

Medida de la altura del agua introducid o el cuerpo en la probeta (h2) (m)

Elonngacio n del resorte final introducido el cuerpo enn la probeta con agua (x2) X2=Lf2-Li (en el agua) (m)

Volumen desalojado medido en base a la altura del liquido Vd=A(h2h1) (m3)

Volumen inicial visualizad o del agua en la probeta (v1) (m3)

Volumen final visualizado del agua con el cuerpo introducido en la probeta (V2) (m3)

Volumen desalojad o por el cuerpo Vd=V2V1 (m3)

1 2 3

TABLA 03: Calculo de la densidad del cuerpo utilizado

Pesa (kg/m3)

(kg/m3)

1 2 3 7.

DISCUSION DE RESULTADOS El procedimiento experimental llevado a cabo tuvo como objetivo principal calcular la fuerza de empuje que ejercen los líquidos sobre los cuerpos sólidos sumergidos. Esta fuerza se puede explicar debido a que la presión en un fluido aumenta con la profundidad, es decir que es mayor la presión hacia arriba que un objeto experimenta sobre la superficie inferior que la presión hacia abajo que experimenta sobre la superficie superior, por consiguiente la fuerza resultante, conocida como fuerza de empuje se dirige hacia arriba . El experimento realizado permitió medir la cantidad de líquido que un cuerpo sólido desplaza al ser sumergido completamente en un fluido, de esta forma comprobamos que el volumen desalojado es equivalente al volumen medido a partir de la geometría de cada uno de los objetos. Lo anterior se debe a que al sumergir totalmente el sólido en el fluido éste pasa a ocupar el mismo espacio de la masa de agua que desaloja para que el conjunto permanezca en equilibrio, es decir para que el líquido no caiga ni se eleva en el recipiente que lo contiene. Por otra parte, se pudo ratificar que todos los cuerpos al estar inmersos en un fluido experimentan una fuerza de empuje, al comparar los pesos de tres sólidos sumergidos en dos clases de fluidos: aire y agua. La fuerza de empuje que ejerce el aire es menor que la fuerza de empuje que ejerce el agua, debido a las diferencias en las densidades de los dos fluidos; por esta razón es posible levantar con mayor facilidad un cuerpo sumergido en el agua que uno sumergido en el aire debido a que la fuerza de empuje actúa como una fuerza adicional a la fuerza ejercida por la persona hacia arriba.

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Finalmente el experimento de laboratorio nos permitió calcular las densidades de los sólidos y confirmar la veracidad de nuestros resultados gracias a la densidad convencional de cada uno de los materiales de los objetos utilizados en la práctica.

8.

CONCLUSIONES -

9.

10.

El Principio de Arquímedes se aplica a cualquier fluido, aunque en la experiencia lo realizamos con un líquido (agua). Al ir introduciendo el cuerpo en el líquido se va desalojando paulatinamente un volumen de líquido igual a al volumen que va introduciendo del cuerpo (volumen sustituye a el otro).

-

El líquido reacciona contra esa intromisión empujando al cuerpo con la misma fuerza que utilizaba para mantener al líquido que estaba allí (en el lugar que ocupa ahora el cuerpo)

-

En este laboratorio pudimos afianzar satisfactoriamente los conceptos de peso, peso aparente, fuerza de empuje, volumen desplazado, densidad de una sustancia.

-

Cuando un cuerpo se sumerge en un fluido cuya densidad es menor, el objeto no sostenido se acelerará hacia arriba y flotará; en el caso contrario, es decir si la densidad del cuerpo sumergido es mayor que la del fluido, éste se acelerará hacia abajo y se hundirá.

-

Concluimos que es cierto que todos los cuerpos al estar sumergidos en un fluido experimentan una fuerza de empuje hacia arriba, por el principio de Arquímedes analizado en el laboratorio, pues los fluidos ejercen resistencia al sólido sumergido en ellos para equilibrar el sistema

-

En toda práctica experimental es necesario repetir el procedimiento varias veces para lograr una mayor precisión y exactitud, sin embargo, como todo experimento implica un margen de error es imposible lograr los resultados de un sistema teórico e ideal.

-

Dada las variables recogidas en la práctica pudimos establecer los pesos aparentes, la densidad, las masas aparentes, los volúmenes de los cilindros utilizados en el laboratorio #2.

RECOMENDACIONES -

Realizar la practica con cuidado, anotando los datos correctamente y hacer los cálculos con precisión y exactitud para así no tener malos resultados ni problemas.

-

Realizar una correcta medición del cambio de altura en los experimentos.

-

Hacer el trabajo de manera conjunta y siguiendo las indicaciones dadas.

BIBLIOGRAFIA  Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young y Roger A. (2009). Freedman. Física Universitaria (Vol 2) (12ª ed.). México: Edición Pearson Education.  Serway, R.A. y John W. Jevett, J.W. (2008). Física para ciencias e ingenierías (Vol. 2) (7ª ed.). Editorial Thomson. Gestión Curricular ucontinental.edu.pe | 14 Gu 

RODRÍGUEZ Saucedo, Luis Alfredo M Guía de laboratorio.

9

11.

ANEXOS

Soporte Universal con nuez

Regla metálica

Resorte

Probeta de 250 ml

10

Pesa de 102 g.

Pesa de 102 g.

11

Pesa de 96 g....