la balanza hidroestatica

PRÀCTICA 4

LA BALANÇA HIDROSTÀTICA

4.0.- OBJECTIU
Conèixer diferents aplicacions de la balança hidrostàtica a partir de la teoria de l’estàtica
de fluids.

4.1.- MATERIAL
•
•
•
•
•

Balança Hidrostàtica
Mostres sòlides de diferents densitats
Fluids de diferents densitats
Vasos de precipitats
Embut

La balança hidrostàtica

Pàgina 1

4.2.- FONAMENT TEÒRIC
El rei HieróII va encarregar a Arquimedes l’empresa de comprovar la composició
d’una corona que li havia estat regalada. El rei, desconfiat, volia autentificar que la
corona en qüestió era d’or pur, i que no contenia cap altre metall de menor qualitat. Tot
banyant- se, Arquimedes va topar amb la solució… “Tot cos submergit en un fluid
experimenta una força ascensional igual al pes del fluid desallotjat.”De fet, si es pesa un objecte d’un cert pes submergit a l’aigua, amb un dinamòmetre,
s’obté un resultat inferior al que resulta de pesar- lo a l’aire. Així doncs, l’aigua exerceix
una força en sentit contrari al de la gravetat. Aquesta força ascensional, anomenada
Empenta (E), la realitza, com s’acaba de dir, el fluid sobre el cos que s’hi submergeix, i
actua en sentit contrari a la força dela gravetat.
També es pot deduir el principi d’Arquimedes a partir de les lleis de Newton
considerant les forces que actuen sobre el volum d’un cos imaginari de fluid, en
equilibri dins del mateix fluid. Hi intervé la força de gravetat en direcció vertical cap a
baix; i un conjunt de forces del fluid cap al volum de fluid estudiat, en diferents
direccions, que anomenarem E. Així doncs, sil’objecte està en equilibri, el conjunt de
forces de resultant E (Empenta) ha de ser igual al pes d’aquest volum imaginari. Així:

E = VCOS ·ρ fluid · g

Fig.1

Com es pot observar, l’empenta només depèn del fluid i del volum del cos submergit,
essent així independent del material o la forma del cos en qüestió. Si la densitat que
constitueix el cos és inferior a la de l’aigua, i per tantl’empenta és més gran que el pes,
el cos surarà. En cas contrari el cos s'enfonsarà. Així doncs, aquesta llei regeix tot
disseny d’objectes de flotació. Si el cos en qüestió sura, la part del cos que emergirà del
fluid serà proporcional a la relació entre la densitat del cos i la del fluid. Quan menys
inferior sigui la densitat del cos estudiat, menys sobresortirà del fluid.
La balança hidrostàticaes fonamenta en aquest principi clàssic, un dels més coneguts de
la física. Aquest aparell permet pesar objectes submergits, obtenint així la diferència
entre el pes i l’empenta, és a dir, el pes aparent . D’aquesta manera és fàcil trobar
volums d’objectes irregulars o densitats de fluids desconegudes de manera immediata.
El globus i el submarí, són dos aparells que basen el seu funcionamenten el principi
d’Arquimedes.

La balança hidrostàtica

Pàgina 2

En el primer aparell, el globus, el fluid en el que s’emmarca el principi d’Arquimedes,
no és l’aigua, sinó l’aire. Així doncs, el globus queda en equilibri en l’aire en el moment
en què el seu pes és igual al pes de l’aire desplaçat pel volum que ocupa. Com que el
conjunt del globus amb la cistella, els tripulants, i elmateix material del globus, així
com tot l’equip necessari, és més dens que l’aire, s’haurà d’aconseguir fer disminuir
aquesta densitat. Això s’assoleix introduint un gas menys dens que l’aire dins del
material que conforma el globus, per exemple: hidrogen, heli, o aire més calent.
El baroscopi serveix per exemplificar el Principi d’Arquimedes pels cossos submergits
en gasos, així com labalança hidrostàtica ho fa pels cossos submergits en líquids. El
baroscopi consisteix en una palanca de primer gènere, i en els seus extrems s’hi
equilibren, a l’aire, una esfera buida i una altra de massissa, més petita. Es col·loca
l’aparell sobre la base que connecta amb la bomba de buit i es tapa amb una campana de
vidre. Llavors s’observa que en fer el buit, s’inclina la palanca cap al...