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Trabajo práctico n° 3: Hidrostática



Introducción

Durante el desarrollo de este trabajo práctico estudiaremos las interacciones que tienen lugar cuando se sumerge un cuerpo en un fluido, entre dicho cuerpo y el líquido en el que se halla sumergido. De esta forma, para lograrlo se medirá el peso del cuerpo sin sumergir y el peso aparente del mismocuando se lo sumerge. A su vez, será medida la fuerza que actúa sobre el cuerpo cuando está sumergido, es decir, el empuje. No obstante, hay que tener en cuenta que, además de estudiar la interacción, esta experiencia también busca determinar de qué depende este empuje. Con este fin mediremos el volumen los cuerpos sumergidos.
Para lograr llevar a cabo esta experiencia, en todo momento tuvimospresente la segunda Ley de Newton, ya que a partir de ésta podremos 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 es igual a la masa por la aceleración del mismo: F=m . α

Procedimiento experimental

En una primera etapa, estudiaremos si hay alguna relación entre el empuje y el volumendel cuerpo sumergido o el material del que está hecho. Asi dispondremos de cinco cuerpos, cuatro serán de aluminio y de distinto volumen entre ellos y uno estará hecho de bronce, éste tendrá el mismo volumen que el cuerpo de aluminio de menor volumen.
Denominaremos empuje a la diferencia entre el peso y el peso aparente de un mismo objeto en un fluido. Comenzaremos midiendo el peso y el pesoaparente (el peso del cuerpo una vez sumergido en el líquido) de cada uno de los cuerpos. Para obtener estas medidas utilizaremos el dinamómetro (su mínima unidad de medición es 2g) que es un dispositivo que consiste en un resorte y una escala que permite medir el módulo de fuerza que ejerce el resorte sobre el cuerpo. Es importante recordar que para medir el peso aparente se deben tener encuenta algunas cuestiones como que el cuerpo sumergido no debe tocar ni las paredes ni el fondo del recipiente ya que si esto ocurriera actuarían otras fuerzas sobre el cuerpo que no deseamos analizar, por eso el cuerpo debe estar completamente sumergido en el fluido y, el dinamómetro correctamente calibrado.

Figura 1: Dispositivo experimental utilizado para medir el peso de los cuerpos y lasinteracciones entre el cuerpo y el fluido.

Realizamos un diagrama de cuerpo libre de las situaciones anteriormente descriptas( cuerpo no sumergido y cuerpo sumergido) y escribimos las ecuaciones de Newton correspondiente:


F=m . α.
a=0
P-T=0
P=T
F=m . α.
F=P-T-E=0

Figura 2: Diagrama de cuerpo libre de un cuerpo no sumergido y de un cuerpo sumergido, respectivamente izquierday derecha en el grafico.

Una vez obtenidos los resultados del peso y el peso aparente podemos obtener el valor del empuje mediante el cálculo P-PA=E.
A esta altura del procedimiento experimental se nos presenta la duda si varia el peso aparente y, por lo tanto la fuerza empuje, si cambiamos liquido en cuestión. Es por esto que repetimos todos los pasos anteriores pero en vez de utilizaragua, usamos alcohol. Así, deducimos el nuevo valor del empuje.
En la etapa siguiente, usaremos un vaso de derrame que cosiste básicamente en un recipiente con un pico volcador para obtener el volumen y el peso del líquido desplazado. Llenaremos el vaso de derrame hasta el borde del pico y colocaremos debajo del pico un recipiente colector que recolectara la totalidad del líquido desplazadopor el cuerpo al sumergirlo. Nuevamente hay que tener ciertas precauciones, como enrasar bien el líquido dentro del vaso de derrame y de asegurarnos que no quede liquido en las paredes del pico vertedor. Sumergimos en el fluido, de a uno, los cuerpos. Pesamos el recipiente colector vacío para (PRV) utilizando el dinamómetro y luego el recipiente con el fluido (PRL), para obtener el peso del...