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Laboratorio de Física Básica Termodinámica

Fluidos y

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

A. COMPETENCIA ESPECIFICA  Establece el peso específico de un líquido, aplicando el principio de Arquímedes a un cuerpo sólido sumergido en el mismo líquido, considerando situaciones que se da en nuestra vida diaria. B. INFORMACIÓN TEÓRICA Cuando un cuerpo sólido se encuentra parcial o totalmente sumergido en cierto fluido (gas o líquido), el fluido ejerce una fuerza hacia arriba denominada empuje, que es igual al peso del volumen del líquido desalojado o volumen del cuerpo sumergido. La fuerza de empuje es dada por: �� = 

�

(1)

Dónde  : es el peso específico del líquido =  g, siendo ρ la densidad volumétrica del líquido ��: es el volumen de objeto sumergido en el líquido ��

Volumen Sumergido mg

Figura 1. Cuerpo Sumergido en un líquido. El volumen puede ser determinado tomando las medidas de sus dimensiones si se trata de un objeto de geometría regular o mediante el método de rebose para cuerpos de forma irregular. En la Figura 1, en estado de equilibrio estático, la fuerza de empuje ejercida sobre un cuerpo sumergido en un líquido está dado por:

Donde

� �� = � � m: masa del cuerpo �: aceleración dela gravedad (9.8 m/s2)

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(2)

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Fluidos y

C. MATERIALES Y ESQUEMA  Uso de PC o Laptop • Acceso de conexión a internet

Figura 2. Esquema representativo del experimento

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Fluidos y

FUERZA DE EMPUJE PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

D. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Ingrese al siguiente link: https://ophysics.com/fl1.html

2. Según le indique su profesor elija: � La densidad (�0) del cuerpo sumergido en el líquido. �0 = 0.5g/cm3  La densidad del fluido �� = 4.5 g/cm3

3. Antes de tomar las medidas, se sugiere que el selector de velocidad de animación y el selector de viscosidad del fluido este a la mitad. 4. Habiéndose cumplido con los pasos anteriores, haga click en “Reset” y luego click en “Run”. Si el bloque sumergido empieza a oscilar, espere a que se estabilice. Anote en la primera fila de la Tabla 1, Lectura 1, los valores de “volume above ( Va, volumen flotante)” y “volume below ( Vs, volumen sumergido)” que aparecen al lado derecho del bloque sumergido. Luego (según indicación del docente) elija una nueva “ y anote en la segunda fila de la Tabla 1, Lectura 2, los valores de “ Va” y “Vs”, para las demás lecturas repita el procedimiento eligiendo nuevos �0 con sus respectivos “ Va” y “Vs” hasta completar las 5 lecturas. Escriba las unidades en sistema internacional Tabla 1: Densidades de los cuerpos sumergidos con sus respectivos “Va” y “Vs”. Lectur �0 (km/m^3) Va (m^3) Vs (m^3) a 1 kg/m³ 0.89Vc 0.11Vc

5

kg/m³ kg/m³ kg/m³

0.78Vc 0.67Vc 0.56Vc

0.22Vc 0.33Vc 0.44Vc

kg/m³

0.44Vc

0.56Vc

E. ANÁLISIS DE DATOS. 1. De la tabla 1 determine: 

Peso específico del cuerpo sumergido (



Volumen del cuerpo (VC = Va +Vs) � Peso del cuerpo � = ���



�

�

=

� 0

�)

Tabla 2: pesor específico y volumen del cuerpo sumergido Lectura W (N) �� (N/m³) VC (m³) 4890 N/m³

0.001m³

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4.89N

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Fluidos y 9780N/m³

5

0.001m³

9.78N

14670N/m³

0.001m³

14.67N

19560N/m³

0.001m³

19.56N

24460N/m³

0.001m³

24.45N

2. Utilizando la Tabla 1 y la Tabla 2 grafique Vs en función de W

F. COMPARACIÓN Y EVALUACIÓN 1. De acuerdo a la relación que muestra la gráfica. Determine la pendiente y el intersecto con el eje vertical. Intercepto:

A Pendiente B

2. ¿Qué dimensiones y que significado físico tienen la pendiente y el intersecto con el eje vertical? El significado del peso específico es:

Y al comparar con la pendiente nos damos cuenta que la pendiente es la inversa del peso específico:

Pendiente

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Fluidos y

G. CONCLUSIONES

•

•

Cuando un cuerpo se sumerge a un fluido cuya densidad es menor el objeto no sostenido 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. 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

H. CUESTIONARIO FINAL 1. Se arroja una piedra grande en un lago profundo. Conforme se hunde, ¿aumenta o disminuye la fuerza de Empuje sobre él?

A medida que se va hundiendo al fondo del lago, va aumentando la presión ejercida sobre la piedra, pero con lo que se refiere a la fuerza de empuje, ésta no cambia ya que se mantiene constante a cualquier profundidad.

2. ¿Un globo aerostático por qué flota en el aire?

La densidad del aire del interior del globo es menor que la densidad del aire exterior y, de esa manera, según el principio de Arquímedes, al ser el peso del volumen desalojado por el globo mayor que el peso del globo, éste flota. 3. ¿Cuál es la condición necesaria para que un cuerpo esté sumergido parcialmente en un líquido?

Que la densidad del líquido o fluido sea igual a la densidad del objeto. 4. ¿Cómo la fuerza de empuje es la fuerza neta que ejerce un fluido sobre un cuerpo, y según Newton las fuerzas netas producen aceleraciones, ¿por qué no acelera un cuerpo sumergido? Porque se encuentra en equilibrio estático dentro del fluido y

no está sometido a fuerzas externas

I.

BIBLIOGRAFÍA ADICIONAL Autor Sears Zemansky

Tom Walsh

Título Física universitaria 1

Interactive Physics Simulations

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Edición 12

Año 2009

Laboratorio de Física Básica Termodinámica J. BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA

Fluidos y

1. Guías de Laboratorio de Física Básica, Departamento Académico de Física UNSA, Año 2016. 2. Tom Walsh, oPhysics: Interactive Physics Simulations, 2012, https://ophysics.com/index.html

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