Hidrostatica

Trabajo Práctico Nº 3

Hidrostática


Curso: 3º 4ª 2011

Introducción

El objetivo de este trabajo práctico es estudiar la interacción que tiene lugar al sumergir un cuerpo en un líquido, entre dicho cuerpo y el fluido en el que se lo sumerge. También buscamos determinar de qué magnitudes depende dicha interacción y cuáles son las características de estas dependencias. Otro de losobjetivos de este trabajo práctico es demostrar el principio de Arquímedes: “todo cuerpo sumergido en un líquido siente un empuje que es igual al peso del líquido desplazado por el volumen del cuerpo sumergido”.

Como estamos estudiando interacciones, que son estáticas, nos interesa determinar el módulo de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Para esto, es necesario utilizar eldinamómetro. Se trata de un resorte y una escala que permite medir cuál es el módulo de la fuerza que está ejerciendo el resorte.

Para llevar a cabo esta experiencia, tuvimos presente la segunda Ley de Newton, ya que a partir de ésta pudimos determinar el módulo de las fuerzas que actúan sobre los distintos cuerpos. Ésta dice que la sumatoria de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo esigual a la masa por la aceleración del mismo: ( F = m . a. En este caso, la aceleración es siempre = 0, ya que el cuerpo se encuentra en reposo,

Las variables que utilizamos son el peso (|P|) y el peso aparente (Pa) de los cuerpos en cuestión (este último es el valor que registra el dinamómetro cuando el cuerpo se halla sumergido), el empuje (|E|), que se expresa como |E| =|P| - Pa, el pesodel líquido, (Pl) = Prl – Prv, y el volumen (V).

Teniendo en cuenta nustras variables, nuestra ecuación de Newton será
Pa + |E| – |P| = 0. De aquí podemos decir que |E| = |P| – Pa.

Considerando la ley de Newton realizamos los D.C.L (diagrama de cuerpo libre) de las siguientes situaciones:

[pic]

Fig. 1: Diagrama de Cuerpo Libre del dispositivo experimentalsumergido y sin sumergir en un líquido donde T es la tensión, P es el peso y E es el empuje.

Procedimiento experimental



Para llevar a cabo este trabajo, nos valimos de ciertos elementos: el dinamómetro (su mínima unidad de medición es 2g), una probeta (su mínima unidad de medición es 1 cm³), cinco cilindros de diferentes volúmenes, un vaso de derrame, y un recipiente colector.Utilizamos la probeta para medir el volumen del líquido desalojado.

De los cinco cilindros que utilizamos, cuatro eran de aluminio y uno de bronce con igual volumen al más pequeño de aluminio. Éstos fueron numerados de la
siguiente forma: el más grande de aluminio
se llamó 1 y el más pequeño 4, y al de igual volumen que el 4 pero de distinto material (bronce) lo llamamos 4’. Esto nospermitió organizar más claramente la información en las tablas.

El vaso de derrame nos permitió recolectar el líquido desplazado por el cuerpo al sumergirse. Se trata de un recipiente con un pico volcador. El vaso de derrame se llena de líquido justo hasta el nivel del orificio (este procedimiento se denomina “enrase”) y se coloca otro recipiente debajo del pico, llamado recipientecolector. De esta forma, podemos obtener la totalidad de líquido desplazado por el cuerpo en el recipiente colector.

Antes de empezar cada medición, fue necesario regular la escala del dinamómetro para que la posición inicial coincidiera con el cero. Para esto, el dinamómetro poseía una escala móvil.

Comenzamos el proceso experimental suspendiendo uno de los cuerpos en el dinamómetro,de forma tal que quedara en reposo, y observamos la lectura del dinamómetro. Luego, sumergimos el mismo cuerpo en agua, sin que tocara el fondo ni las paredes del recipiente, y observamos la lectura del dinamómetro. Repetimos este proceso con todos los cuerpos, en agua y en alcohol, para calcular el peso y el peso aparente. Tuvimos en cuenta que el cuerpo estuviera sumergido completamente y al...