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FLOTACION Y FUERZA DE EMPUJE

CRISTIAN ALEJANDRO DUARTE GALINDO MARIA CAMILA MORENO GALINDO MARIA CAMILA LÓPEZ VERA DANIEL HERNANDO SIERRA FLOREZ

GUSTAVO MEJIA

UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA

05 SEPTIEMBRE 2017

FLOTACION Y FUERZA DE EMPUJE OBJETIVOS: Medir y caracterizar la fuerza de empuje que recibe un cuerpo introducido en un fluido y entender el carácter de esta. MARCO TEORICO: -

¿Qué características tiene la fuerza de empuje? ¿De qué parámetros depende? La fuerza de empuje es una fuerza que aparece cuando sumerges en un fluido cualquier cuerpo. El módulo de esta viene dado por el peso del volumen del fluido desalojado. Esto se conoce como ley o principio de Arquimesas. Se produce ya que la presión de cualquier fluido depende principalmente de la altura a la que nos encontremos debajo de este (por decirlo de alguna manera, a la cantidad de fluido que tengamos encima). La presión ejerce una fuerza sobre cualquier cuerpo sumergido en un fluido y tiene la propiedad de que la fuerza que ejerce es perpendicular a la superficie del cuerpo siempre.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm

- ¿Porque es una fuerza ascendente? La fuerza ascendente es también llamada empuje, que corresponde al peso del fluido que desaloja un cuerpo al introducirse en el fluido. - ¿Cómo se puede medir la fuerza de empuje? Se puede medir: 1. Medir la masa de un cuerpo con un dinamómetro, con la cual se encuentra la verdadera masa1 del objeto. 2. Con el cuerpo aún en el dinamitero sumergirlo en el fluido, hasta que este flote o se sumerja. Esto nos da la masa2 del objeto sumergido en el fluido. 3. Se realiza la resta de la masa1 a la masa2 del cuerpo. Esto da una masa3 que es equivalente a la masa del fluido se desplazó por el cuerpo. 4. Se divide ese resultado entre 1000 para convertirlo en kilogramos 5. Multiplica el resultado por la aceleración de un objeto que cae debido a la gravedad, que es 9,81 metros por segundo. Esto determina la fuerza en

newtons, la unidad estándar de medición de la fuerza y el peso. Esta es la fuerza de la flotabilidad de tu objeto. -

¿Qué condiciones físicas debe cumplir un cuerpo para que flote dentro de un fluido? Para que un objeto flote, la fuerza de flotación sobre el cuerpo debe ser igual al peso del fluido desplazado, los fluidos más densos ejercen una fuerza de empuje más grande que los menos densos.

PROCEDIMIENTO ● Para sólidos: - Proceda al alistamiento y montaje adecuado del equipo. ● Flotación: - Coloque un cuerpo que flote parcialmente dentro de un fluido (agua). Verifique que la densidad relativa del cuerpo es menor que 1 o que la densidad absoluta es menor que la densidad del fluido. - Coloque dos cuerpos que floten dentro del mismo fluido (agua). ¿Qué puede decir con respecto a: la fuerza de empuje, el volumen del cuerpo introducido y la densidad de los cuerpos? ¿Son iguales, diferentes? Explique sus respuestas. - Repita los mismos procedimientos anteriores en otro fluido (alcohol), y haga los mismos análisis - ¿Existe alguna relación entre la densidad del cuerpo y el porcentaje de cuerpo introducido? - Si un cuerpo se coloca dentro de un fluido que se va al fondo del recipiente que contiene el fluido, como es su densidad relativa, ¿Este cuerpo podría flotar en otro fluido? Explique ● Fuerza de Empuje: Para cuerpos que tengan una densidad relativa mayor que 1 - Mida el volumen de cada objeto y calcule los valores teóricos de la fuerza de empuje, que recibiría cada objeto al estar introducido completamente dentro de: Agua, Alcohol y glicerina respectivamente. Tome el valor de la densidad del fluido según medida hecha con el densímetro, volumen del objeto medido con el calibrador y g= 9,8 m/s2. Exprese la incertidumbre en el cálculo de la fuerza de empuje. - Para medir la fuerza de empuje experimental utilice la balanza y mida la masa de cada cuerpo en el aire y su masa aparente cuando esta introducido completamente dentro del fluido respectivo. Utilice la relación y calcule el valor de la fuerza de empuje experimental con su incertidumbre. ANÁLISIS DE RESULTADOS

𝐶𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 1 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 𝐺𝑙𝑖𝑐𝑒𝑟𝑖𝑛𝑎

𝐶𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 2 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 𝐺𝑙𝑖𝑐𝑒𝑟𝑖𝑛𝑎

𝐹. 𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 (𝑔) (𝑔) 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 38,259 81,77 72,1 31,754 81,77 73,09 48,206 81,77 69,6 Tabla No.1 Datos teóricos y experimentales del cilindro 1.

𝐹. 𝑒𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑎

9,486 8,515 11,938

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑑𝑒 ± 1 × 10 𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 − 5 (𝑔) 19,620 53,05 34,9 17,805 16,284 53,05 38,7 12,077 24,721 53,05 30,9 21,729 Tabla No.2 Datos teóricos y experimentales del cilindro 2. 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑢𝑒𝑟𝑝𝑜 ± 1 × 10 − 5 (𝑔)

Volumen Desplazado en Agua Volumen Agua (mL) INICIAL FINAL Esfera de Madera 300 320 Cubo de madera 300 350 Tabla No.3 Datos experimentales de volumen desplazado en agua.

Volumen Desplazado en Alcohol Volumen Alcohol (mL) INICIAL FINAL Esfera de Madera 300 325 Cubo de madera 300 360 Tabla No.4 Datos experimentales de volumen desplazado en alcohol.

CONCLUSIONES ● Se puede comprobar en cada uno de los casos que, en los objetos sumergidos de mayor densidad del agua, desplaza un volumen de agua igual al volumen del objeto. ● El volumen de fluido desplazado por los objetos aumenta a medida que está a mayor profundidad, y por consiguiente la densidad disminuye por ser inversamente proporcional a la cantidad de volumen. ● La fuerza de flotación es un factor que incide bastante en el peso de un objeto cuando este esta parcial o completamente sumergido en un líquido. ● Los cuerpos al estar sumergidos en un fluido experimentan una fuerza de empuje hacia arriba, por el principio de Arquímedes analizado en el

laboratorio, pues los fluidos ejercen resistencia al sólido sumergido en ellos para equilibrar el sistema ● Cuando un cuerpo se sumerge en un fluido cuya densidad es menor, el objeto no sostenido se acelerará hacia arriba y flotará; en el caso contrario, es decir si la densidad del cuerpo sumergido es mayor que la del fluido, éste se acelerará hacia abajo y se hundirá.