CURSO : FÍSICA II

DOCENTE : JOEL HERRADA

ESTUDIANTE S : - ARCE FLORES JOSÉ LUIS

- DIOSES GRANADOS ANTHONY

- ESTRADA TALEXIO ALFREDO

- IPARRAQUIRRE LOPEZ DENNIS

- QUEZADA DEL CASTILLO ANDY

CICLO : III

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

NUEVO CHIMBOTE2015

INFORME DE LABORATORIO N°4

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

I. OBJETIVOS

I.1.Demostrar experimentalmente el principio de Arquímedes.

I.2.Determinar la densidad de un cuerpo sólido, aplicando el principio de

Arquímedes.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO

El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo

total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia

arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja». Esta fuerza recibe el nombre

de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en newtons (en el SI). El principio

de Arquímedes se formula así:

O bien

Donde E es el empuje, ρf es la densidad del fluido, V el «volumen de fluido

desplazado» por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el

mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa. De este modo, el empuje depende

de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese

lugar. El empuje (en condiciones normales y descritas de modo simplificado) actúa

verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del cuerpo; este

punto recibe el nombre de centro de carena.

Sobre un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas; su peso, que es vertical y hacia

abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba.

Si queremos saber si un cuerpo flota es necesario conocer su peso específico, que

es igual a su peso dividido por su volumen.

Entonces, se pueden producir tres casos:

a) Si el peso es mayor que el empuje (P > E), el cuerpo se hunde. Es decir, el peso

específico del cuerpo es mayor al del líquido.

b) Si el peso es igual que el empuje (P = E), el cuerpo no se hunde ni emerge. El

peso específico del cuerpo es igual al del líquido.

c) Si el peso es menor que el empuje (P < E), el cuerpo flota. El peso específico del

cuerpo es menor al del líquido.

Fig.1. Ejemplo del Principio de Arquímedes: El volumen adicional en la segunda probeta corresponde

al volumen desplazado por el sólido sumergido (que naturalmente

coincide con el volumen del sólido).

Fig.2. Cuerpos sumergidos -3 casos

III. PARTE EXPRIMENTAL

Fluidos

Soporte trípode

Diferentes cuerpos solidos

Probeta graduada

Dinamómetro

Varilla, cuerdas

IV. PROCEDIMIENTO

1. Primero pesar el cuerpo solido con el dinamómetro (Waire), luego se llena la probeta

con agua hasta cierto nivel (este será nuestro volumen inicial V0).

2. Después se sumerge el cuerpo en el agua y ven las medidas que les dan tanto el

dinamómetro (Waire) como la probeta (Vf).

3. Anotar los datos.

E=W aire−W agua……1

E=ρagua g(V f−V 0)…...2

V. RESULTADOS

E=W-W´ … (1)

Donde:

W= peso del cuerpo fuera del fluido

W´= peso del cuerpo dentro del fluido

E= peso del fluido desalojado

Tabla de los resultados:

n W aire (N) W H 2 O (N) E1(N) ΔV(ml) E2(N) ρ(kg/m2)

1 1.19 1.08 0.11 15 0.1 10818

2 0.8 0.68 0.12 10 0.11 6666

3 1.36 1.16 0.2 20 0.16 6800

4 1.22 1.05 0.17 15 0.15 7176

IMÁGENES SOBRE LOS EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS EN EL LABORATORIO

EQUIPOS

SOPORTEBalanza Digital

MATERIALES

SEGUNDO SÓLIDO

CALCULADORAS

PRIMER SÓLIDO

VI. DISCUSIONES

Durante la práctica de laboratorio de “Principio de Arquímedes” pusimos a

prueba lo dicho por Arquímedes, que en un recipiente y con un fluido en reposo, si

introducimos un cuerpo en dicho recipiente, el volumen de este cuerpo va a ser el

mismo al volumen desplazado por el cuerpo.

Para realizar satisfactoriamente el experimento hicimos uso de distintos cuerpos

con diferentes volúmenes pero en el mismo fluido, así podríamos determinar el

Principio de Arquímedes o también conocido como empuje hidrostático, representado

mediante la fórmula de .

Tuvimos cuidado al momento de introducir el cuerpo dentro del recipiente teniendo

en cuenta que el cuerpo no choque con el borde del recipiente, así no variaría el

volumen desplazado por el cuerpo.

TERCER SÓLIDO CUARTO SÓLIDO

Realizamos dos procedimientos diferentes para comprobar el empuje hidrostático

de dos maneras diferentes para cada cuerpo usado en el experimento.

VII. CONCLUSIONES

Al concluir la práctica revisamos y comparamos los resultados obtenidos mediante

los dos métodos usados y notamos que si se aproximaban con un mínimo error para

cada cuerpo evaluado.

Obtuvimos la densidad del cuerpo de una manera muy directa, simplemente

observando las lecturas que marcaba el dinamómetro y aplicando una diferencia de

pesos cuando el cuerpo estaba fuera del fluido y dentro del fluido.

Aprendimos a determinar la densidad de un fluido de una manera sencilla y rápida

así como también pudimos comprobar el Principio de Arquímedes y llegar a la

conclusión de que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y

hacia arriba igual al peso del fluido desalojado, lo cual lo dijo el mismo Arquímedes.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS

González, J. (1991). Lecciones de Física (4 volúmenes). México. Editorial Monytex.

Tarsov, T. (1986). Física Universitaria. México. Editorial Educativo Interamericano, 6ta

Edición.

Sitio web. (10 de Junio del 2015). En Wikipedia. Recuperado el 17 de Junio del 2015 de

https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes.

Tripler, P. (2000). Física para la ciencia y la tecnología (2 volúmenes). Barcelona. Ed:

Reverté.

Sears, Z. (1986). Física Universitaria. México. Ed: Educativo Interamericano, 6ta

Edición.

CUESTIONARIO

1. Comprobar el principio de Arquímedes para los diferentes solidos sumergidos

en el agua.

Según la tabla en los resultados:

n W aire (N) W H 2 O (N) E1(N) ΔV(ml) E2(N) ρ(kg/m2)

1 1.19 N 1.08 N 0.11 15 0.1 10818

2 0.8 N 0.68 N 0.12 10 0.11 6666

3 1.36 N 1.16 N 0.2 20 0.16 6800

4 1.22 N 1.05 N 0.17 15 0.15 7176

Primer solido:

W aire (N)=1.19 N

W H 2 O (N)=1.08 N

Por la ecuación (2):

E=W aire - W H 2 O , donde E es empuje.

E1= 0.11, ese sería el primer empuje.

De acuerdo al principio de Arquímedes, que dice que todo cuerpo sumergido en en

fluido experimenta una fuerza vertical, que vendría a ser el empuje, es igual al peso del

fluido desalojado.

Entonces pesados el fluido solo y luego con el objeto sumergido obtuvimos dos

pesos, con los cuales su diferencia vendría hacer el empuje.

Peso del recipiente con el fluido= 776.3 g

Peso con el objeto sumergido= 787 g

Lo convertimos a kg y lo multiplicamos por la gravedad, previamente restados los

dos pesos este vendría hacer:

E2= 0.1 N

Comparando los empujes

E1≅ E2

Así se demuestra que los empujes son aproximados.

Segundo sólido:

W aire (N)= 0.8N

W H 2 O (N)=0.68 N

Por la ecuación (2):

E=W aire - W H 2 O , donde E es empuje.

E1= 0.12 N, ese sería el primer empuje.

E l empuje 2 del mismo procedimiento del primero obtenemos que es:

E2= 0.11 N

Comparando los empujes

E1≅ E2

Así se demuestra que los empujes son aproximados.

Tercer sólido:

W aire (N)= 1.36N

W H 2 O (N)=1.16 N

Por la ecuación (2):

E=W aire - W H 2 O , donde E es empuje.

E1= 0.2 N, ese sería el primer empuje.

E l empuje 2 del mismo procedimiento del primero obtenemos que es:

E2= 0.16 N

Comparando los empujes

E1≅ E2

Así se demuestra que los empujes son aproximados, pero en este caso se ve una

mayor desigualdad, la explicación sería, ya que estábamos metiendo y sacando objetos

del recipiente este se iba disminuyendo, lo que ocasionaría un error.

Cuarto sólido:

W aire (N)= 1.22 N

W H 2 O (N)=1.05 N

Por la ecuación (2):

E=W aire - W H 2 O , donde E es empuje.

E1= 0.17 N, ese sería el primer empuje.

E l empuje 2 del mismo procedimiento del primero obtenemos que es:

E2= 0.15 N

Comparando los empujes

E1≅ E2

Así se demuestra que los empujes son aproximados, pero en este caso se ve una

mayor desigualdad, la explicación sería, ya que estábamos metiendo y sacando objetos

del recipiente este se iba disminuyendo, lo que ocasionaría un error.

2. Sí en vez de utilizar agua, se emplea aceite, alcohol o mercurio, ¿Se cumplirá el

principio de Arquímedes?

Al parecer si se cumpliría el principio de Arquímedes, por ejemplo en el aceite si

se hace el mismo procedimiento que el experimento hacho en laboratorio si se cumpliría

el empuje sería igual al peso del líquido desplazado solo con una diferencia que el

empuje seria menos ya que en comparación con el agua el aceite es más denso que el

agua.

Igual sucedería con el alcohol y el mercurio.

3. Demostrar teóricamente la ecuación (4). Utilice el principio de Arquímedes y

la definición de la de densidad de un cuerpo.

ρ=mV

, donde m es masa del sólido y v es volumen del líquido desplazado en el fluido;

V= V f −V O

Del principio de Arquímedes se establece que el empuje del que hay en el fluido es

igual al peso del fluido desalojado.

De la fórmula de la densidad le multiplicamos por la gravedad y lo dividimos por la

misma

ρ= m∗g

(V f−V O )∗g ………(1)

Luego m∗g = W aire del sólido

Ahora de igual modo multiplicamos ρagua en el numerador y el denominador:

ρ=m∗g∗ρagua

(V f−V O )∗g∗ρagua

………….. (2)

El denominador de la formula (3) de la práctica de laboratorio es igual al empuje

del fluido sobre el sólido:

E=(V f−V O )∗g∗ρagua

y E es igual a la diferencia de pesos, en el aire y en el fluido.

E=W aire - W H 2 O; también

W aire=m∗g

Reemplazando en (2):

ρ=W aire

W aire−W H 2 O; Así se obtiene la ecuación (3).

4. Un cubo de hielo está flotando en un vaso de agua. Cuando se funde el hielo,

¿Se elevara el nivel del agua? Explique su respuesta.

Claro que si ya que el cubo de hielo está conformado por agua, solo con la

diferencia de que la densidad del hielo es menor que el del agua, y cuando el hielo se

va derritiendo este se va convirtiendo en líquido y el volumen inicial iría aumentando, a

menos que el hielo y el agua este alterado por una temperatura mayor la cual

ocasionaría que mientras se va derritiendo esta se convierta en vapor; esto es lo que

sucede con los icebergs ya que con la extrema temperatura ocasionada por el sol, parte

del iceberg se convierte en vapor directamente sin necesidad de convertirse en estado

líquido.

5. Un buque transoceánico se carga en un puerto interior, como por ejemplo

puerto fluvial de Iquitos. Al pasar por agua salada ¿El buque descenderá o se

elevara? Explique (La densidad del agua salada es mayor que la que el de agua

dulce).

El buque se elevaría ya que el agua salada es más densa que el agua dulce, ya que

el empuje que se encuentra en el agua salada es mayor que en el agua dulce, lo que

produciría que el buque sea empujado más fuerte en el agua salada que en el agua dulce

y en consecuencia este se elevaría.

6. Una pieza de hierro colocado pesa en el aire 267N y en el agua 178N. ¿Qué

volumen tienen las oquedades de la pieza?

Waire= 267N ΔV= volumen de las oquedades

Wagua= 178N

E=ρagua .g. ΔV

89N= (1000kg/m3)(9.81m/s2)(ΔV) ΔV= 9072.38 ml

PRÁCTICA REALIZADA EN EL LABORATORIO DE ENERGÍA