Hidrostatica

Introducción

En este experimento estudiaremos la interacción que tiene lugar al sumergir un cuerpo en un líquido entre dicho cuerpo y el fluido en el que el mismo se haya sumergido. Procuraremos también determinar de qué magnitudes depende dicha interacción y cuáles son las características de dichas dependencias. Cabe aclarar que analizaremos únicamente situaciones estáticas, es decir, en lasque tanto el cuerpo como el fluido se hayan en reposo.
Trataremos de verificar el cumplimiento de la ley de Arquímedes según la cual:
“todo cuerpo sumergido en un fluido recibe una fuerza llamada empuje dirigida hacia arriba, cuyo módulo es igual al paso del fluido desalojado por el cuerpo”.

Procedimiento experimental

El dispositivo experimental está compuesto por un dinamómetro queconsiste básicamente en un resorte y una escala que permite medir cuál es el módulo de la fuerza que está ejerciendo el resorte (ver figura 1).

Figura 1

Suspendimos del dinamómetro varios cuerpos cilíndricos de aluminio y uno de hierro y obtuvimos las lecturas en la escala del dinamómetro. El diagrama de cuerpo libre para todos los cuerpos en ese caso es el siguiente:

Donde P representa elpeso de los cuerpos y Fe, la fuerza elástica del resorte. Como el cuerpo esta en reposo, dichas fuerzas están equilibradas y por lo tanto la lectura del dinamómetro indica el peso del cuerpo en cada caso. La incerteza del mismo es de 2 g, que corresponde a la apreciación del dinamómetro.
Acto seguido, sumergimos cada cuerpo completamente en agua y volvimos a tomar la lectura del dinamómetro.Observamos que en este caso las lecturas resultaron menores que en los casos anteriores, de lo cual dedujimos que aparecía sobre los cuerpos una fuerza hacia arriba que corresponde al empuje ejercido por el agua, razón por la cual el peso aparente del cuerpo sumergido resulto menor que su peso en el aire. El diagrama de cuerpo libre en este caso es el siguiente:

Y como el cuerpo sigue en reposo,las fuerzas están equilibradas y la fuerza elástica indica el valor del peso aparente del cuerpo. Su incerteza sigue correspondiendo a la apreciación del dinamómetro que es de 2 g.
El empuje que recibe el cuerpo por parte del agua se puede obtener como la diferencia entre el peso de cada cuerpo en el aire y cu peso aparente en el agua:

[pic]

Propagando incertezas:
[pic]

Por lo tanto laincerteza del empuje resultó de 4 g.
Al sumergir los cuerpos en el agua tuvimos especial cuidado en que los mismos quedaran completamente sumergidos (para que el volumen del agua desplazada dentro del mismo recipiente coincida con el volumen total del cuerpo) y que los mismos no tocaran el fondo ni las paredes del recipiente, para que sobre ellos no apareciera ninguna otra fuerza que no sean lasseñaladas anteriormente. Volcamos los resultados obtenidos en la Tabla 1. Luego repetimos el mismo procedimiento, pero utilizando como fluido alcohol en lugar de agua y volcamos los resultados en la Tabla 2.
A continuación llenamos un vaso de derrame con agua hasta el nivel del orificio y colocamos debajo de su pico vertedor un recipiente colector. Dejamos salir el agua en exceso por elorificio y vaciamos el recipiente colector. De esta manera nos aseguramos de que al sumergir cuerpos en el vaso, el volumen del líquido desplazado por los mismos coincide con el volumen de los cuerpos. Sumergimos en el vaso los cuerpos utilizados anteriormente y volcamos en cada caso el agua en una probeta graduada para obtener de esta manera el volumen de los cilindros. La incerteza considerada fue laque corresponde a la apreciación de la probeta utilizada, que en este caso es de 2 cm3.
Para medir el peso del líquido desalojado por el cuerpo, utilizamos nuevamente el dinamómetro. Pesamos previamente el recipiente vacío (PRV) considerando como incerteza la apreciación del dinamómetro (2 g) y luego volvimos a pesarlo con el líquido en su interior (PRL). Obtuvimos el peso del líquido como la...