REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL “LIBERTADOR”

INSTITUTO PEDAGÓGICO “RAFAEL ALBERTO ESCOBAR LARA”

PRÁCTICA DE LABORATORIO #3

Autor:

Dermar Macías

C. I.: 17470222

Prof.: Jesús Romero

Maracay, junio de 2014

Departamento de Física

Prof.: Dermar Macías

PRÁCTICA DE LABORATORIO #3

ESTUDIO EXPERIMENTAL DEL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Duración: 120 minutos

Introducción

En la naturaleza encontramos una serie de fenómenos que suceden a diario y que en

algunas ocasiones pasan desapercibidos para nuestros ojos. El poder comprender de manera

más amplia estos fenómenos nos ayuda a entender mejor cómo se comportan algunas

fuerzas que entran en acción bajo ciertas circunstancias.

Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido parece que pesara menos. Lo podemos sentir

cuando nos sumergimos en una piscina, o cuando tomamos algo por debajo del agua, los

objetos parecieran que pesan menos. Esto es debido a que, todo cuerpo sumergido recibe

una fuerza de abajo hacia arriba. Cuando en un vaso lleno de agua sumergimos un objeto,

podemos ver que el nivel del líquido sube y se derrama cierta cantidad de líquido. Se puede

decir que un cuerpo que flota desplaza parte del agua.

Arquímedes, quien era un notable matemático y científico griego, se percató de estas

conclusiones mientras se bañaba en una tina, al comprobar cómo el agua se desbordaba y se

derramaba, y postuló la siguiente ley que lleva su nombre:

Principio de Arquímedes: “Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje, de

abajo hacia arriba, igual al peso del líquido desalojado”.

De acuerdo a lo establecido anteriormente, se plantean las siguientes interrogantes:

1. ¿Qué volumen tiene sumergido un cuerpo que flota?

2. ¿Cuál es el peso del líquido desalojado por un cuerpo que flota?

3. ¿Cómo se define el peso aparente de un cuerpo?

Objetivo general

Comprobar experimentalmente el principio de Arquímedes en diferentes fluidos.

Objetivos específicos

Determinar experimentalmente la fuerza ascendente (empuje) que experimenta cada

pieza en diferentes fluidos (agua y etanol)

Determinar experimentalmente el volumen desalojado por diferentes fluidos (agua y

etanol)

Comparar los resultados obtenidos en los diferentes fluidos (agua y etanol)

Materiales

Balanza granataria de 0.01 g. En caso de no haber de estas balanzas, puede usarse la

de 0.1g.

Una Balanza granataria es un tipo de balanza muy sensible, esto quiere decir que pesa

cantidades muy pequeñas y también es utilizada para determinar o pesar la masa de objetos

y gases. Suelen tener capacidades de 2 o 2,5 kg y medir con una precisión de hasta 0,1 o

0,01 g.

Tres piezas cilíndricas de aluminio. El experimento puede realizarse con otros

materiales. Lo importante es que tengan mayor densidad que los líquidos que se usarán

y que su volumen sea relativamente sencillo de medir.

Un vernier

Un calibrador vernier o caliper es un instrumento de medida que permite leer con bastante

precisión utilizando un conjunto de escalas. Utiliza una escala principal y otra escala

secundaria la cual muestra un conjunto de líneas entre dos marcas

Agua

Etanol

El compuesto químico etanol, conocido como alcohol etílico, es un alcohol que se presenta

en condiciones normales de presión y temperatura como un líquido incoloro e inflamable

con un punto de ebullición de 78,4 °C.

Un objeto sólido cualquiera. Cada miembro del equipo llevará un objeto cuyo

volumen sea de aproximadamente 10 centímetros cúbicos y de tamaño tal que pueda

ser introducido sin dificultad en un vaso de precipitados de 200 mililitros.

Hilo

Un vaso de precipitados de 200 o 250 ml.

Esquema del montaje

Procedimiento

Peso de la pieza Peso aparente

Calibre la balanza para que marque cero cuando no exista ningún objeto sobre ella.

Amarre un hilo a la primera pieza de aluminio, procurando que éste no sea demasiado

largo, cuelgue la pieza de la parte inferior de la balanza y mida su peso.

Vierta agua en un vaso de precipitados y colóquelo en la base especial de la balanza.

Procure que el agua ocupe alrededor de las tres cuartas partes del vaso. Sin descolgar el

sólido de la balanza, sumérjalo totalmente en el agua. Tenga cuidado de que la pieza quede

completamente sumergida y que la misma no toque el fondo del vaso ni sus paredes. Tome

nota de la lectura que indica ahora la balanza. Para disminuir las posibles fuentes de error,

evite derramar agua en el plato de la balanza.

Descuelgue la pieza y con el vernier mida sus dimensiones. Determine ahora su

volumen y analice cuál fue el volumen de líquido desalojado por la pieza al sumergirla.

Repita los pasos anteriores para la segunda y tercera pieza de aluminio. Anote los

resultados en la tabla 1.

Utilizando los valores medidos de los pesos de los distintos objetos calcule el empuje

que actúa sobre cada uno de ellos. Considere que el empuje está dado por la diferencia

entre el peso medido en el aire y el peso medido en el líquido. Anote los resultados en la

tabla 1.

Con las dimensiones de las piezas, calcule su volumen y con ello el volumen de líquido

desalojado. Anote los resultados en la tabla 1.

Repita este procedimiento para todas las piezas, pero ahora utilizando etanol, y anote los

resultados en la tabla 2.

Pieza Pa (N) Ps (N) E (N) Vd (m3)

1

2

3

Tabla 1

Pieza Pa (N) Ps (N) E (N) Vd (m3)

1

2

3

Tabla 2

Leyenda

Pa: Peso del cuerpo en el aire

Ps: Peso del cuerpo sumergido

E: empuje

Vd: Volumen desalojado por la pieza

Ecuaciones

E = ρ.Vd.g Principio de Arquímedes, de donde:

E: empuje

ρ: densidad del fluido

Vd: volumen desalojado por la pieza

g: aceleración de la gravedad

Pa = m.g Peso del cuerpo en al aire, de donde:

m: masa del cuerpo

g: aceleración de la gravedad

Ps = T + E Peso del cuerpo sumergido, de donde:

T: tensión que ejerce el hilo sobre el cuerpo

E: empuje

T = Pa Tensión que ejerce el hilo sobre el cuerpo

Haciendo un diagrama de cuerpo libre sobre el cuerpo, nos queda que T = Pa = m.g

T

Pa = m.g

Vd = π.R2. h Volumen desalojado por la pieza (Volumen del objeto sumergido), de

donde:

R: radio del cilindro

h: altura del cilindro

Preguntas de interés

Con las ecuaciones dadas y los valores obtenidos llenar la tabla correspondiente a cada

fluido.

Obtener las gráficas del empuje en función de líquido desalojado para cada fluido. ¿Cuáles son las principales fuentes de error al determinar el empuje mediante la

medición de los pesos en el aire y en el líquido?

A partir de los resultados de las gráficas ¿existe evidencia que muestre que el empuje

ejercido sobre las piezas sólidas depende de la densidad del líquido en donde fueron

sumergidas? y si es así, exprese la forma matemática de esta dependencia y la

argumentación de la misma.

De la comparación entre el empuje ejercido sobre el objeto sólido y el peso del líquido

desplazado indique si puede establecerse una relación entre estas cantidades.