Principio de Arquimedes

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
INFORME DE LABORATORIO N° 3
Sergio Amado Espinoza
Andrés Felipe Bayona Monares
Juan Manuel Valbuena Cadavid

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES (MECANICA DE FLUIDOS)

RESUMEN

El siguiente informe de laboratorio tiene como objetivo comprender y profundizar acerca del Principio de Arquímedes (enfatizando en la fuerza de empuje), identificar que fuerza nos arroja elsensor de fuerza interconectado a DataStudio y mediante un proceso, el cual está basado en realizar mediciones del incremento de profundidad en función del cambio del volumen desplazado.
Se observo el efecto de la fuerza de empuje en diversos cilindros de diferentes materiales a medida que eran sumergidos en un fluido. Se hicieron mediciones de fuerza y volumen, a través de un sensor de fuerza elcual indicaba la tensión del cuerpo suspendido (T=mg). De este registro se evaluó la fuerza inicial, el volumen y la densidad del fluido mediante el programa de Data Studio.


INTRODUCCIÓN

El fenómeno físico a analizar en la práctica del laboratorio lo encontramos en la descripción del principio de Arquímedes y la mecánica de los fluidos. El principio de Arquímedes establece lo siguiente:“Si un cuerpo está parcial o totalmente sumergido en un fluido, éste ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo”2

Debido a este principio observaremos el efecto de la fuerza de empuje que se le realiza a un cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido. Distinguiremos las causas sobre las cuales se relacionan la fuerza y el volumen, queen este caso se debe a una relación directamente proporcional descrita en esta ecuación:



Donde es la densidad del fluido, es la aceleración de gravedad y V es el volumen del fluido desplazado.

Debido a la fuerza de empuje, el peso aparente de los cuerpos es diferente en el agua, que en el aire o en el mar. Todos alguna vez hemos experimentado la fuerza de empuje, cuando estamossumergidos en una piscina y notamos que nuestro peso es mucho menor que fuera de ella.

Cuando un cuerpo se suspende de un dinamómetro, la lectura de este nos indica el peso real del objeto si este se encuentra en el aire, a medida que este se sumerge se hace presente una fuerza adicional llamada empuje, como se muestra en la siguiente figura1:



Para demostrar más explícitamente este principioconsideremos un volumen arbitrario de un sólido con contorno irregular que lo delimita. Las flechas representan las fuerzas que el fluido circundante ejerce sobre la superficie de frontera.



Todo el fluido está en equilibrio, así que la suma de todas las componentes y de fuerza sobre este solido es cero. Por lo tanto, la suma de todas las componentes y de las fuerzas de superficie debe seruna fuerza hacia arriba de igual magnitud que el peso del fluido que se desplazo para colocar el cuerpo. Llamamos a esta fuerza ascendente la fuerza de flotación que actúa sobre el cuerpo sólido:



Además, la suma de las torcas sobre el cuerpo debe ser cero, así que la línea de acción de la componente y resultante de las fuerzas superficiales debe pasar por el centro de gravedad de laporción de fluido desplazado (que no necesariamente coincide con el centro de gravedad del cuerpo).

METODO

Material
Computador con el programa DataStudio.
Interfaz Pasco ScienceWorkshop.
Sensor de fuerza (suspendido de un soporte).
Cilindro de diferentes materiales (bronce, aluminio, caucho, madera).
1 Probeta graduada de 100 + 0.1 mL.
1 Banco de altura graduable.
Piola.
Agua.Montaje


Imagen 1

Procedimiento

Configuración del interfaz y el sensor

Se realizo el montaje de la imagen 1 , conectando el sensor de movimiento al interfaz y ejecutado en el computador el programa Data Studio con los parámetros de: Sensor de fuerza, Medidas: Fuerza canal y Velocidad de muestreo: 10 Hz .
Se colocó suficiente agua en la probeta graduada (más o menos 70 mL) y se...