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UNIVERSIDAD POLITECNICA DE PUERTO RICO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS Y MATEMATICAS

INFORME DE LABORATORIO #8 Principio de Arquímedes: Fuerza Boyante, densidad y gravedad específica

Día de mes de año en que se realiza experimento SCIE1431sec. xx Prof. C. Maldonado-Soto

Principio de Arquímedes, Fuerza Boyante y gravedad específica

Principio de Arquímedes 1. Objetivos: a. Estudiar el Principio de Arquímedes. b. Comprobar experimentalmente el Principio de Arquímedes. c. Calcular experimentalmente, utilizando el principio de Arquímedes, la gravedad especifica de un objeto 2. Procedimiento Experimental: 1. Determine la Fuerza Boyante (FB) del agua sobre el objeto. 2. Mida el peso en el aire y el peso sumergido, también mida el peso del agua desplazada. Calcule: FB1= Peso en aire – peso sumergido y simultáneamente, mida y anote el peso del agua desplazada por el objeto: FB2 =Peso de recipiente con agua desplazada-Peso recipiente vacío. 3. Determine la fuerza boyante FB por la ecuación del Principio de Arquímedes (PA), la fórmula es FB3=ρVg, donde ρ es la densidad del fluido (agua en este caso=1 g/ cm3), V es el volumen del objeto sumergido calculado en el paso a y g es la aceleración debido a la gravedad (9.8 m/s2):FB3=ρVg=______. Para calcular el volumen V: Mida uno de los lados del cubo con el caliper (X.XXX cm) y calcule el volumen de este (Volumen=largoxanchoxalto). V=______cm3 4. Como el dinámetro esta calibrado en gramo, para cambiar FB1, FB2 de gramo a Newton divida entre 1000 y multiplique por 9.8. Y para cambiar FB3, de g m/s2 a Newton solo divida entre 1000. Ahora que tiene los tres valores en Newton, anótelos en la tabla. 5. Calcule por % de diferencia entre los valores de FB (FB1, FB2 y FB3). 6. Determine la gravedad especifica (s.g.=specific gravity) del objeto que se sumergió de dos formas; La primera forma (método densidades):s.g.= densidad del objeto/densidad del agua. Para calcular la densidad del objeto divida la masa del objeto sumergido entre su volumen. D=m/V (recuerde que ya usted tiene la masa del objeto en el aire y el volumen ya lo calculo en el paso 3a). Y la densidad del agua es 1 g/ cm3 La segunda forma (método fuerza boyante): s.g.=peso del cubo en el aire/ fuerza boyante 1. Calcule % de diferencia entre los dos valores.

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3. Materiales y /o equipo utilizados: 1 varilla gruesa y una mediana 1 recipiente plástico 1 sujetador o “clamp” de 90º 1 probeta plástica de 1000ml 1 cilindro de madera 1 cubo de Aluminio 1 dinamómetro de 100 gramos. 1 Caliper de Vernier 1 vasito con agarradera de Aluminio 1 plataforma elevadora 1 vaso de derrame 1 beaker 1 rollo de hilo 1 balanza de tres brazos 4. Dibujo pictórico o foto del montaje experimental

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5. Tabla de datos. (Utilice las reglas de cifras significativas de acuerdo a los valores de los datos experimentales medidos. Parte A: Tabla de resultados y comparaciones para resultados de Fuerza Boyante en unidad de Newton que ejerce el fluido sobre el objeto sumergido: Fuerza Boyante FB1 (método 1) (Newton)

0.3200N

Fuerza Boyante FB2 (método 2) (Newton)

Fuerza Boyante FB3 (método 3) (Newton)

0.3300N

0.3200N

Discrepancia entre métodos para determinar Fuerza Boyante (Empuje) en % de diferencia 3.125%

Parte B:Tabla de resultados y comparaciones para resultados de gravedad especifica de la sustancia investigada: Gravedad especifica Gravedad especifica por método Fuerza por método Boyante densidades 2.76

2.77

% de diferencia entre los métodos del cálculo de gravedad especifica

0.36%

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6. Cálculos: (Se incluyen cálculos de errores, todos los cálculos aunque parezcan simples. Utilizando los datos de su experimento. ) FB1=Pesoenaire – pesosumergido =91 g−58 g=33 g FB2=Peso del agua desplazada=98 g−64 g=34 g Volumen=largo × anc h o × alto=3.2cm ×3.2 cm× 3.2 cm =32.8 cm 3 1g FB3=ρ Vg= ( 9.8 m/s2 ) ( 32.8 cm3 )=321.4 gm/ s2 3 1c m

(

)

De unidad de gramo a Newton: 1 kg 9.8 m × 2 =0.3200 Newton 1000 g s 9.8 m 1 kg × 2 =0.3300 Newton FB2=34 g 1000 g s m 1 kg =0.3200 Newton FB3=321.4 gramo 2 × 1000 g s FB1=33 g

0.01 ¿ ×100= ×100 =0.0033 × 100=0.33 % 0.33 (0.32 N + 0.33 N + 0.32 N ) 3 |Emayor − Emenor| ×100=¿ % Diferencia= E 1+ E 2+ E3 3 91 g masa 3 = =2.77 gcm ρcuerpo= 3 volumen 32.8 cm 91 g ρcuerpo 32.8 cm3 2.77 gcm3 = = =2.76 Specificgravity= ρagua 1 gcm 3 1 gcm3 ¿ 0.33 N−0.32 N∨

(

Specificgravity=

)

2 2 91 g ×9.8 m / s 891.8 gm/s PesoenelAire = =2.77 = FuerzaBoyante 32 g ×9.8 m /s 2 323.4 gm/s 2

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% Diferencia=

|E 1− E 2|

( E 1+2 E 2 )

× 100=

|2.77 −2.76| (2.77 + 2.76 ) 2

×100=

0.01 ×100=0.36 % 2.765 7.

Análisis de los resultados Parte A: a. Identifica los instrumentos utilizados para medir y su incertidumbre: b. Describa los valores de sus resultados preliminares, finales y sus % de diferencia: c. Analiza los tipos de errores en el experimento y categoriza los resultados (precisión/exactitud) d. Investigue aplicaciones del concepto estudiado en el experimento. Los intrumentos utilizados para medir en la parte A del experimento fueron, una varilla gruesa y mediana, un recipiente plástico, un sujetador de 90º, una probeta plástica de 1000ml llena de agua, un cubo de Aluminio, un vasito con agarradera de Aluminio, una plataforma elevadora, un vaso de derrame, un beaker. Además se utilizó, un dinamómetro de 100 gramos con una incertidumbre de + 0.5g y un caliper vernier con una incertidumbre de + 0.05cm. La parte A se dividió en tres pruebas diferentes. En el primer experimento (FB1), se pesó el cubo a 91g en el aire y a 58g el peso sumergido. El peso neto fue de 33g que se multiplicó por la gravedad(9.8m/s^2) y se convirtió de gramos a Kilogramos como 0.3200Newtons. En la segunda prueba (FB2), se pesó el recipiente de agua sin H2O a 64g y el recipiente con H2O desplazado del cubo a 98g. El peso neto fue de 34g, muy cercano a el de FB1, que se multiplicó por la gravedad y se convirtió de gramos a Kg como 0.3300N. En la tercera prueba (FB3) se prueba el Principio de Arquímedes, con la ecuación ρ Vg . Se multiplica la densidad del fluido (1g/cm^3) por el volumen del cubo (32.8cm^3) por la gravedad (9.8m/s^2). FB3 fue 321.4gm/s^2 que se convirtió de gramos a Kg como 0.3214N= 0.3200N. A simple vista se observa que la fuerza boyante para los tres casos es casi la misma. El porciento de diferencia entre las tres fuerzas boyantes fue de 0.33%, una diferencia muy pequeña que demuestra una gran precisión por nuestra parte. Al comparar los resultados de los tres metodos, donde la diferencia fue de 0.01 (0.3300N – 0.3200N) entre los resultados finales, se comprueba que para encontrar la fuerza boyante cualquiera de la tres pruebas son efectivas. La aplicabilidad de la fuerza boyante está en, una lata de aluminio que al ser sumergida en un cubo de agua no desciende debido a que su densidad es mucho menor que la densidad del agua. Aunque,

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un canto de hierro desciende por su gran densidad en comparación con el cubo de agua. Parte B: a. Identifica los instrumentos utilizados para medir y su incertidumbre: b. Describa los valores de sus resultados preliminares, finales y sus % de diferencia: 7. Conclusiones: (Basados en el análisis y concluyendo cada uno de los objetivos del experimento.) 8. Bibliografía: Díaz, J., Font, L., Maldonado, C., Quispitupa, D. & Ulloa, E. (2009). Manual de Laboratorio de Física. Universidad Politécnica de Puerto Rico (1ª Ed.) John Wiley & Sons, Inc. Low, K. M. (2007). Maneuvering of Biomimetic Fish by integrating a Buoyancy body with modular undulating fins. International Journal of Humanoid Robotics, 4(4), 671-695. 9. Anejos- Incluya Hoja Original de Datos firmada por los estudiantes y la instructora. (scan) Esto es un ejemplo, no tiene nada que ver con este experimento.

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