UNIVERSIDAD DON BOSCO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS Asignatura: FÍSICA II LABORATORIO DE FÍSICA CICLO: AÑO: Laboratorio: 0 Laboratorio 0: PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES I. OBJETIVOS General Estudiar la aplicación física del Principio de Arquímedes. Específicos Describir el fenómeno físico que ocurre al sumergir un cuerpo solido en un fluido. Comprobar que el volumen desplazado por un cuerpo solido sumergido completamente en un fluido, es igual al volumen calculado de ese mismo cuerpo sólido. Determinar la magnitud de la fuerza de empuje (FE) que experimenta un cuerpo sumergido en un fluido Aplicar el principio de Arquímedes, para determinar la densidad de un cuerpo solido desconocido. Aplicar el principio de Arquímedes para determinar la densidad de un líquido desconocido. II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS La Flotación es un fenómeno muy conocido: un cuerpo sumergido en agua parece pesar menos que en el aire. Si el cuerpo es menos denso que el fluido, entonces flota. El cuerpo humano normalmente flota en el agua, y un globo lleno de helio flota en el aire. El Principio de Arquímedes expresa que si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, éste ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo denominada fuerza de flotación o empuje (FE), cuya magnitud es igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo. Consideremos un cuerpo totalmente sumergido en un fluido en reposo, tal como se muestra en la figura 1. Figura 1: Cuerpo sumergido en un fluido. Figura 2: Diagrama de fuerzas cuerpo sumergido. Si el cuerpo está en equilibrio estático, se debe de cumplir que: y (Ec.1) (Ver figura 2) Debido a la presión, se ejercen fuerzas sobre la superficie del cuerpo tal como se muestra en la figura 1. Así, la fuerza total hacia arriba ejercida por el fluido sobre el cuerpo es igual al peso del objeto en dicho estado de equilibrio. El valor de FE se calcula conociendo el peso del fluido que desaloja el cuerpo, es decir: (Ec.2) (Ec.) Principio de Arquímedes Pág. 1
III. TAREA PREVIA 1.) Defina los siguientes términos: Peso Real Peso Aparente Fuerza de Empuje Peso Específico 2.) Investigar al menos aplicaciones del Principio de Arquímedes..) Por qué el empuje que experimenta un cuerpo sumergido en un líquido es mucho mayor que si ese mismo cuerpo se encuentra en un gas como por el ejemplo el aire?.) Se recomienda resolver problemas del Principio de Arquímedes haciendo uso de la bibliografía sugerida por el docente de teoría. IV. MATERIALES Y EQUIPO Cantidad Material/Equipo 1 Varilla Sostén con base 1 Calibrador Vernier 1 Probeta graduada de 100 ml 1 Dinamómetro Piezas de aluminio 1 Recipiente de Rebose 1 Beaker 1 Recipiente pequeño V. PROCEDIMIENTO PARTE A: COMPROBACIÓN DEL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Y DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN SOLIDO a) Pesar cada una de las piezas de aluminio con la balanza de resorte o dinamómetro. (Ver figura ) b) Colocar agua en el recipiente de rebose y permitir que el agua se derrame un poco para asegurarse que el agua estará a punto de caer. (Ver figura ) c) Sumergir totalmente la pieza de aluminio en el recipiente de rebose, colocar el beaker completamente seco, para que el agua que salga del recipiente de rebose se vierta en él. (Ver figura ) Figura : Medición del peso real. Figura : Preparación del recipiente de rebose. Principio de Arquímedes Pág. 2
d) Leer y anotar el valor del peso que registre el dinamómetro, esto será el Peso Aparente (WAPARENTE) (Ver figura ) e) El agua recolectada en el beaker, trasladarla al beaker completamente seco y luego medir el volumen de agua para cada pieza de aluminio. (Ver figura 6) f) Repetir el proceso para cada una de las piezas de aluminio. g) Medir con el calibrador vernier, el diámetro y la altura de cada una de las piezas de aluminio y determine su respectivo volumen (este será el Volumen Calculado). Figura : Medición del peso aparente. h) Colocar los datos medidos y calculados en la tabla 1. Figura 6: Medición del volumen de fluido desplazado. Pieza Peso Real WR (N) Peso Aparente WA (N) Volumen de agua desplazada VFD (m ) Volumen calculado VOBJ (m ) 1 2 TABLA 1 PARTE B: DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN LIQUIDO a) Seleccionar uno de los cilindros y anotar su Peso Real. b) Cambiar el agua dentro del recipiente de rebose por el Líquido Desconocido proporcionado por el instructor. c) Llene completamente el recipiente de rebose con el líquido desconocido hasta que este se derrame por el orificio de salida para asegurarse que el líquido estará a punto de caer. d) Con ayuda del dinamómetro coloque la pieza que seleccionó en el primer paso y sumérjala por completo en el líquido desconocido. e) Recolectar el líquido desplazado en un beaker completamente seco y luego verterlo en la probeta. f) Lea el valor del Peso Aparente que registra el dinamómetro. g) Con ayuda de la probeta mida el volumen del líquido que se desplazó al sumergir la pieza de aluminio. Sacar la pieza del recipiente de rebose y secarla. Principio de Arquímedes Pág.
h) Trasladar la información a la tabla 2. PARÁMETRO Peso Real WR (N) Peso Aparente WA (N) Empuje FE (N) (Calculado) Volumen de líquido X desplazado VFD (m ) DATOS TABLA 2 Nota: Una vez terminada la toma de datos, completar los espacios faltantes (si los hay) de las Tablas 1 y 2 Limpiar y ordenar su mesa de trabajo antes de retirarse. Principio de Arquímedes Pág.
VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS PARTE A 1.) Completar la tabla y dejar constancia de TODOS los cálculos realizados. Pieza Peso Real WR (N) Peso Aparente WA (N) Volumen de agua desplazada VFD (m ) Volumen calculado VOBJ (m ) Empuje WR WA (N) Empuje ρfvfdg (N) 1 2 TABLA 2.) De acuerdo a la tabla, son iguales o diferentes los Volúmenes de Fluido Desplazados con los Volúmenes Calculados? Explique claramente..) De acuerdo a la tabla determine la Fuerza de Empuje. Son iguales o diferentes los valores de Fuerzas de Empuje calculados con ambas fórmulas? Explique claramente..) Construya en papel milimetrado, el gráfico FEMPUJE vrs VFD a partir de los datos que se calcularon en la tabla..) De acuerdo al grafico anterior, cuál es la relación de proporcionalidad entre FEMPUJE y VFD? 6.) Tomando en cuenta el grafico del literal, obtenga la ecuación experimental y la constante de proporcionalidad con el método gráfico. 7.) Qué representa la constante de proporcionalidad? Explique y justifique su respuesta. 8.) Con los datos que se obtuvieron en la tabla 2 determine el mejor valor de la densidad del aluminio usando el principio de Arquímedes. 9.) Investigue la densidad del aluminio que proporcionan los libros de texto, y luego determine el porcentaje de error respecto a la densidad que se encontró usando el principio de Arquímedes. Incluya la fuente bibliográfica en su reporte. 10.) De acuerdo al resultado anterior, es aceptable el porcentaje de error? Cuáles pudieron ser las posibles causas de error en este experimento? PARTE B 1.) Con los datos que se obtuvieron en la tabla, determine la densidad del líquido desconocido. 2.) Calcule el porcentaje de error en la obtención de la densidad del líquido, tomando como valor experimental el determinado en el literal 1 y como valor teórico el que su instructor le proporcione en la práctica..) Elabore conclusiones para su reporte, en base a los resultados obtenidos, causas de error y objetivos de la práctica. Principio de Arquímedes Pág.
Departamento de Ciencias Básicas Laboratorios de Física y Química NOTA: HOJA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES. Asignatura: Física II Nombre de la Practica: Principio de Arquímedes. DOCENTE: Fecha: / / G.L.: Miembros del grupo: No Apellidos Nombres Carnet Firma G.T. 1 2 No Aspectos a Evaluar %Asig. %Obten. Observaciones 1 Presentación (Limpieza, orden, coherencia) 2 Tabla (Completa, Constancia de cálculos, orden) Explicó correctamente sobre los resultados de volúmenes desplazados contra volúmenes calculados. Determinó la fuerza de empuje con ambas fórmulas. Explicó correctamente sobre los resultados de fuerza de empuje. Grafico FEMPUJE vrs VFD en papel Milimetrado (Aseo, Titulo, nombres de ejes, unidades, puntos de dispersión, línea de tendencia, escala) 6 Determinó el tipo de relación de proporcionalidad. 7 Determinó la constante de proporcionalidad con el método gráfico. Determinó y Escribió correctamente la ecuación experimental. Unidades 8 Explicó el significado de la constante de proporcionalidad. 9 10 11 12 Determinó el mejor valor de la densidad del aluminio usando el principio de Arquímedes. Determinó el porcentaje de error de la densidad del aluminio. Incluyó la fuente bibliográfica. Explicó si el porcentaje de error fue aceptable. Mencionó las posibles causas de error. Determinó el porcentaje de error de la densidad del líquido desconocido. Incluyó el valor teórico proporcionado por el docente de laboratorio. 1 Elaboró las conclusiones 10 1 1 10 10 TOTAL DE PUNTOS 100 Principio de Arquímedes Pág. 6