LABORATORIO DE FISICA FUERZA DE EMPUJE

Informe Laboratorio: Fuerza de Empuje – Principio de Arquímedes
Lab inform: Buoyant Force L Archimede’ Principle
R. Gelvez*a, L. Ramírez**b, D.C. Guerrero***c

Resumen
La fuerza de flotabilidad fue descubierta por Arquímedes en el siglo III a.C. Su postura fue plasmada a través de un principio que lleva su nombre, el cual establece: " Un cuerpo que se sumerge en un fluido experimenta unafuerza ascendente llamada empuje FB y que es igual al peso del fluido desplazado por él". [12] Para determinar el empuje en forma experimental se utilizó un cuerpo cilíndrico que cuelga de un dinamómetro, el cual se sumergió lentamente en una probeta con agua y otra con aceite. Allí se midió el peso aparente –que es menor al peso del cuerpo en el aire– y se calculó la fuerza de flotación oEmpuje que es la diferencia entre estas dos, también se observó el volumen desplazado por el cuerpo. Además se comprobó el primer principio de flotación de Arquímedes. Utilizando el peso del cuerpo afuera y el peso sumergido en el líquido, junto con la densidad del líquido, se determinó la densidad de un sólido de acuerdo a la ecuación inventada por Arquímedes, cuando descubrió que la corona del reyno estaba hecha de oro.
Palabras Clave: Principio de Arquímedes, Empuje, Peso aparente (o sumergido, densidad
Abstract
The buoyant force was discovered by Archimedes in the third century b. C. His stance was described trough a principle which has his name, it determines: “The buoyant force upward on a submerged object FB due to the fluid in which the object is submerged is equal to the weightof the fluid displaced by the submerged object.” [12] to determine the buoyant force in an experimental way, we used a cylindrical body which was submerged in a measuring cylinder full of water and another one full of oil. We measured the weight of an object when submerged called apparent weight –which is less than the weight on air– and calculated the buoyant force which is the difference betweenthe two weights, also we measured the volume displaced by the object. Furthermore we verified the first Archimedes’ principle. Using the weight on air and weight on submerged water, with the density of the liquid, we calculated the solid density according to the equation invented by Archimedes, when he discovered that the king´s crown wasn’t made of gold.
Keywords: Archimede’ Principle, BuoyantForce 


1. Marco teórico


Cuando un cuerpo se encuentra total o parcialmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza ascendente que actúa sobre él llamada fuerza de flotación. La causa de la fuerza es la diferencia de presiones existente sobre las superficies superior e inferior. [1]
En la Fig. 1 se muestra un líquido de densidad ρ y sumergido en él un cuerpo cilíndrico de altura Hy área A en su parte superior e inferior. Según [5], en la superficie superior la presión es P1 = ρgh1, donde h1 es la profundidad a que se encuentra dicha superficie. Igualmente, en la superficie inferior es P2 = ρgh2. Arriba la fuerza producida por la presión actúa hacia abajo y la de abajo actúa hacia arriba, siendo mayor esta última dado que h2 > h1. 


Figura 1: Principio de Arquímedes,tomada de [5]
Los valores de estas dos fuerzas deben ser F1 = P1A y F2 = P2A, respectivamente, con lo cual la fuerza total resultante a la presión que aplica el fluido, ya que las fuerzas laterales se anulan, es:
FB = F2 – F1;
Es decir,
FB = (P2 – P1) A,
o bien,
FB = (ρgh2 – ρgh1) A;

lo que se puede escribir como:
FB = ρg (h2 – h1) A = ρg HA;
Pero como el volumen del cilindro, ytambién el del líquido desalojado, es Vd = HA, encontramos que la fuerza que actúa hacia arriba y corresponde al empuje FB es:
FB= γVd             (1)
La ecuación (1) demuestra el primer principio de flotación de Arquímedes:
“La fuerza de flotación sobre un cuerpo sumergido en un fluido es igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo” [1]
Todos hemos experimentado la sensación de...