ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA ESPOLINSTITUTO DE CIENCIAS FISICAS

LABORATORIO DE FISICA B

REPORTE: #1

TITULO DE LA PRÁCTICA:HIDROSTÁTICA 1

NONBRE DEL ESTUDIANTE:

CARLOS WONG CAZARES

GRUPO DE TRABAJO: Carlos Wong C

Arianna Anchaluisa P Israel Sánchez C.

PARALELO:8

PROFESOR: CARLOS MARTINEZ B.

FECHA DE ENTREGA25 de Octubre del 2011

TERMINO CORRESPONDIENTE:

2011 – 2012II Termino

Tabla de contenidoRESUMEN..............................................................................3

INTRODUCCION.....................................................................3

OBJETIVOS.............................................................................5

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.........................................5

RESULTADOS.........................................................................6

PREGUNTAS.........................................................................10

DISCUSIÓN...........................................................................11

CONCLUSION.......................................................................12

BIBLIOGRAFIA......................................................................12

V DE GOWIN –.....................................................................13

2Carlos Wong Cazares

RESUMEN La práctica realizada en el Laboratorio de Física B consistía en determinar la densidad de distintas muestras, estas fueron 4 materiales sólidos i un fluido el cual era la gasolina; se determinaba la densidad por medio de un pedestal en el cual en primera instancia había que tener un nivel de referencia para así los datos sean más exactos y tener un nivel de error aceptable.Para cada muestra se debía hacer dos tomas de mediciones la primera denominada X , que es cuando la muestra se la coloca en el soporte pero sin tocar el agua y la segunda denominada X L, que es cuando interviene el empuje ya que la muestra se encuentra sumergida en el fluido que en el caso de todas las muestras se usara agua ya que se sabe que su densidad es de 1; y para determinar la del fluido se usara una muestra solida antes usada para así ya saber cuánto se sumerge.

INTRODUCCIONLa hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia los fluidos en estado de reposo, la base principal de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes. Esta estudia fluidos en reposo tales como gases y líquidos. (Fluido inmóvil) p=f/a sabiendo que p=presión, f=fuerza y a=área.

Principio de PascalEl principio de Pascal es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: «el incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incompresible (generalmente se trata de un líquido incompresible), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo». Es decir, que si se aplica presión a un líquido no comprimible en un recipiente cerrado, ésta se transmite con igual intensidad en todas direcciones y sentidos. Este tipo de fenómeno se puede apreciar, por ejemplo en la prensa hidráulica o en el gato hidráulico; ambos dispositivos se basan en el principio de Pascal. La condición de que el recipiente sea indeformable es necesaria para que los cambios en la presión no actúen deformando las paredes del mismo en lugar de transmitirse a todos los puntos del líquido

Principio de ArquímedesEl principio de Arquímedes establece que cualquier cuerpo sólido que se encuentre sumergido total o parcialmente (depositado) en un fluido será empujado en dirección ascendente por una fuerza igual al peso del volumen del líquido desplazado por el cuerpo sólido. El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente.

3Carlos Wong Cazares

La balanza de Jolly es un dispositivo que puede ser usado para medir la densidad relativa usando para esto el principio de Arquímedes.Consiste en un pedestal tubular cuya altura puede ser ajustada mediante la perilla; una escala Vernier permite tomar las lecturas de los cambios en la altura del pedestal, un indicador situado en un tubo transparente. Del extremo del pedestal se suspenden dos platillos, superior e inferior,

mediante un resorte. El platillo inferior se sumerge en el recipiente con fluido, mientras el superior se sostiene en el aire.

La muestra del material cuya densidad relativa se desea establecer se coloca en el platillo superior, el peso de la muestra estira el resorte hacia abajo una distancia X, la cual puede ser medida retornando a la posición inicial que tenían los platillos elevando el extremo del pedestal hasta que el marcador vuelva a colocarse en la posición inicial que tenía antes de depositar la muestra en el platillo; la cantidad X es la altura que se debe elevar el pedestal, la cual se mide en la escala Vernier. El proceso es similar al colocar la muestra en el platillo inferior dentro del agua, la altura que se desplace la llamaremos X L; Además en la escala de Vernier hay que tener en cuenta que mide de arriba hacia abajo para así no tener problemas con practica y determinación de las densidades.

DEDUCCION DE LA FORMULA

Cuando la muestra del estudio se deposita en el platillo superior la fuerza que ejerce es igual al peso

F=mg Cuando la muestra está en el platillo inferior es decir está sumergido y existe el empuje

FL=mg−ESi se escoge un volumen V de forma que corresponde a la muestra, la densidad relativa será:

ρrel=m /VmH 2O

/VMultiplicamos el numerador y el denominador por la aceleración y así obtenemos:

ρrel=WE

Reemplazando así con las ecuaciones anteriores:

ρrel=F

F−FLConsiderando la ley de Hooke; las fuerzas sobre el resorte son proporcionales a las elongaciones respectivas F=kXy FL=k X L la ecuación tomara la siguiente forma:

ρrel=X

X−X L

4Carlos Wong Cazares

Y así usando un razonamiento similar podemos encontrar la densidad relativa de un líquido y está dada de la siguiente manera:

ρrel=X−XqX−X l

OBJETIVOS

Utilizando el principio de Arquímedes, calcular experimentalmente la densidad relativa de sólidos y líquidos.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALMateriales:

o Balanza de Jollyo Vaso de Precipitadoso Aguao 4 muestras de Materiales sólidos desconocidoso Muestra del Fluido desconocido

Los pasos para la práctica fueron los siguientes: Antes de comenzar la práctica debemos encerar y escoger un nivel de referencia

en el tubo transparente, este nivel puede ser arriba, en el medio o en el final; pero este nivel se debe mantener durante toda la práctica y no puede cambiar porque no obtendríamos los resultados deseados.

Tomamos el vaso de precipitación con agua y lo colocamos en la balanza de Jolly de modo que el platillo inferior de la balanza quede completamente sumergido evitando que toque el fondo.

Ahora colocamos la muestra 1 en el platillo superior y llevamos al sistema a la posición inicial, ajustando con la perilla hasta hacer coincidir nuestro nivel de referencia. Anotamos la medida que nos indica el vernier con su respectiva incertidumbre, a este desplazamiento lo llamaremos X .

Enceramos la balanza y el nivel de referencia y ahora colocamos la muestra 1 en el platillo inferior y lo dejamos sumergir completamente en el agua. Con la perilla ajustamos de tal manera que nuestro nivel de referencia coincida con su posición inicial. Anotamos la lectura que nos indica el vernier con su respectiva incertidumbre. A este desplazamiento lo llamaremos X L. Debemos tener en

5Carlos Wong Cazares

cuenta que X L tiene que ser menor en magnitud a X caso contrario estaría mal la medición.

Enceramos la balanza y colocamos el nivel de referencia en su posición inicial.

Reemplazamos el agua dentro del vaso de precipitación por diesel y dejamos sumergir al platillo inferior con la muestra 1. Ajustamos con la perilla de manera que nuestro nivel de referencia coincida con la posición inicial. Anotamos la medida que nos indica el vernier con su respectiva incertidumbre y llamaremos a este desplazamiento X q. Esto se hace para encontrar la densidad relativa del diesel. Se debe cumplir que X q tiene que ser menor en magnitud a X.

Aplicamos las formulas aprendidas para encontrar la densidad de la muestra 1 y la densidad relativa del diesel y aplicando calculo para hallar la incertidumbre de cada una.

Repetimos el procedimiento con las siguientes 3 muestras.

ILUSTRACIONES DEL PROCEDIMIENTO

1.-Muestras de sólidos y el fluido

2.-Balanza de Jolly 3.-Colocación de muestras para determinar su densidad

RESULTADOS

X❑=¿ En el platillo superior. (Agua)

X L=¿En el platillo inferior. (Agua)

6Carlos Wong Cazares

Datos

Muestras X X L

1 1,16 ± 0,01 1,02± 0,012 1,92± 0,01 1,71± 0,013 1,58± 0,01 1,38± 0,014 0,57± 0,01 0,34± 0,01

Densidad relativa de los materiales suministrados

ρrel=X

X−X L

∂HIERRO=XC

[g /cm3]

∆HIERRO=| 1C|∂x+| XC2|∂C[ g/cm3]

∆HIERRO=| 10,14|(0,01)+| 1,160,142|(0,02 )[g /cm3]

∆HIERRO=1,25 [g /cm3]

ρHIERRO=(8,53±1,25)[ g/cm3]

∂Cu=XC

[g /cm3]

∆Cu=| 1C|∂ x+| XC2|∂C[ g/cm3]

∆Cu=| 10,21|(0,01)+| 1,920,212|(0,02 )[g /cm3]

∆Cu=0,91[g /cm3]

ρCu=(9,14±0,91) [g/cm3]

7Carlos Wong Cazares

∂laton=XC

[ g/cm3]

∆ laton=|1C|∂ x+| XC2|∂C [g /cm3]

∆ laton=| 10,2|(0,01)+|1 , ,580,22 |(0,02 )[g /cm3]

∆ laton=0,84 [g /cm3]

ρlaton=(7.90±0,84)[g /cm3]

∂Al=XC

[ g/cm3]

∆ Al=|1C|∂ x+| XC2|∂C [g /cm3]

∆ Al=| 10,23|(0,01)+| 0,570,232|(0,02 ) [g/cm3]

∆ Al=0,25[ g/cm3]

ρAl=(2,48±0,25)[g /cm3]

8Carlos Wong Cazares

Muestras ρrel

1 8,28± 1,252 9,14± 0,913 7,90± 0,84

4 2,48± 0,25

Para la muestra liquida Muestra X X L X q

1 1,16± 0,01 1,02± 0,01 1,05± 0,01

ρrel=X−XqX−X l

ρrel=1,16−1,051,16−1,02

ρrel=0,785

∂Diesel=AC

[g /cm3]

∆Diese=|1C|∂x+| AC2|∂C [g /cm3]

∆ Al=| 10,14|(0,02)+| 0,110,142|(0,02 )[ g/cm3]

∆ Al=0,25[ g/cm3]

ρAl=(0,78±0,25)[g /cm3]

ERROR RELATIVO DE CADA DENSIDAD RELATIVA OBTENIDA DE LAS MUESTRAS SOLIDAS

%Error=|Valor teorico−Valor experimental|

Valor teoricox 100

Muestras %Error1 6.15%2 2,70%3 7,05%4 8,14%

1(Fluido) 2,50%

9Carlos Wong Cazares

PREGUNTASEl acero es más denso que el agua. Entonces ¿Por qué flotan los barcos de acero?

Densidad es la cantidad de materia que existe por unidad de volumen.Una esfera de 1 m cúbico de hierro sin duda se irá al fondo del mar. Pero si con ese mismo metro cúbico de hierro construimos una esfera hueca, su volumen será mucho mayor que el de la esfera sólida, y con la ayuda del empuje del agua hacia arriba (Principio de Arquímedes), ésta flotará.Un objeto que está hueco tiene poca densidad, porque en su mayoría esta lleno de aire. Con el barco ocurre lo mismo, aunque sea de hierro flota en el agua a causa del aire que tiene dentro. En el caso de que se le haga un agujero en el casco, el agua entrará expulsando el aire hacia fuera, entonces la densidad de barco será mayor que la del agua y el barco se hundirá.Cuando sumergimos un barco en el agua, éste desaloja una parte del volumen que antes ocupaba el fluido, empujándolo hacia fuera. Como consecuencia, el agua empuja al barco en todas las direcciones y perpendicular al casco, hacia dentro.

Cuando una persona en un bote de remos en un pequeño lago lanza una ancla por la borda, ¿el nivel del agua en el lago sube, baja o permanece igual?

Sube el nivel del agua, porque entra un cuerpo a utilizar un espacio, y además este cuerpo tiene volumen por lo tanto el nivel de agua sube.

10Carlos Wong Cazares

DISCUSIÓN

Debido a los datos obtenidos durante la práctica y los porcentajes de erros que oscilan entre el dos y el ocho por ciento; podemos decir que la práctica en el laboratorio fue realizada con la seriedad que esta necesitaba ya que lo aceptable es hasta un máximo del diez por ciento. Por otro lado podemos decir que la mayoría de errores se cometían al tomar las medidas en la balanza de Jolly ya que aquí se podían cometer varios errores como los que comentare a con continuación.

Uno de los primeros errores era el de encerar la balanza de Jolly esto quiere decir de establecer un sistema de referencia ya que aquí por lo general al mover y topar la balanza debido a su fragilidad en las tuercas solía moverse, recalco mucho este tema ya que en mi grupo de trabajo tuvimos que repetir una práctica debido a que una tuerca se encontraba floja y al tan solo con un pequeño roce esta se deslizaba, produciendo error demasiado excesivo durante la práctica obligando a repetirla para obtener más exactitud en los cálculos.; Otro error era al ver la medida en la Escala de Vernier ya que dependía en mayor medida de la subjetividad del lector y además en esta instancia se podrían cometer dos errores continuos sino se tiene la debida seriedad y delicadeza que requiere el caso, ya que el primero se daría en ver la primera cifra, y el otro error se daría al ver con cuantos decimales ira la cifra obtenida.

Además al realizar la práctica obtuvimos la novedad de que en el caso de la perilla y las tuercas a pesar de estar de parecer que estas se encontraban apretadas pero poco a poco en el momento al sacar y poner el vaso de precipitación este soporte se deslizaba con lo cual había que tener cuidado en esos pasos del proceso experimental.

Según los resultados finalmente se puede observar que la práctica fue realizada satisfactoriamente obteniendo así las respuestas deseadas y en la mayoría de los casos con un error muy mínimo y aceptable.

11Carlos Wong Cazares

CONCLUSIONObtuvimos las densidades de los materiales sólidos y del fluido utilizando el principio de Arquímedes, y así deducimos una fórmula para así con la ayuda de la experimentación poder facilitar la obtención de los datos de manera precisa.

Además pudimos comprobar que todo cuerpo sumergido en el interior de un fluido recibe un empuje hacia arriba lo cual nos pudimos dar cuenta en la medida en la cual se diferenciaba el resorte la cual se veía en escala de Vernier.

Finalmente podemos decir que gracias a la ayude de el principio de Arquímedes y la de densidad pudimos determinar la densidad relativa de los fluidos y de las muestras que en este caso fueron Acero, Aluminio, Latón y Cobre con los cuales obtuvimos un error entre el 2% y el 8%, diciendo así que la práctica es exitosa.

BIBLIOGRAFIA Guia de Laboratorio de Fisica B – REVISION II http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes http://es.wikipedia.org/wiki/Philipp_von_Jolly

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CONCEPTUAL/TEÓRICO

METODOLÓGICO

V DE GOWIN –

13Carlos Wong Cazares

PREGUNTA CENTRAL

¿Cómo determinar la densidad de materiales

sólidos y fluidos?

TEORIA

Principio de ArquímedesEl principio de Arquímedes establece que cualquier cuerpo sólido que se encuentre sumergido total o parcialmente (depositado) en un fluido será empujado en dirección ascendente por una fuerza igual al peso del volumen del líquido desplazado por el cuerpo sólido. El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente.

CONCLUSION

podemos decir que gracias a la ayude de el principio de Arquímedes y la de densidad pudimos determinar la densidad relativa de los fluidos y de las muestras que en este caso fueron Acero, Aluminio, Latón y Cobre con los cuales obtuvimos un error entre el 2% y el 8%, diciendo así que la práctica es exitosa.

ANALISIS:

ρrel(Solidos)=X

X−X L

ρrel(Fluido)=X−XqX−X l

CONCEPTOS CLAVES

Principio de Arquímedes

Densidad Relativa

RESULTADOS

Muestras ρrel

1 8,28± 1,252 9,14± 0,913 7,90± 0,844 2,48± 0,25

AFIRMACION:

Aplicando el principio de Arquímedes podemos encontrar la densidad de distintos materiales tan sólidos como líquidos.