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• Torimat Cordova

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FISICA EXPERIMENTAL II I

EMPUJE

I. OBJETIVO
Comprobar si un cuerpo pesa igual en el aire que sumergido en un líquido.
determinar la influencia del volumen de un cuerpo y la naturaleza del líquido, en el valor de empuje.

II. MATERIALES

SOPORTE UNIVERSAL, VARILLA METÁLICA, NUEZ

VASO DE PRECIPITACION

DINAMÓMETRO

Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino

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FISICA EXPERIMENTAL II I

EMPUJE

Cilindro ilindro de Hierro

AGUA DESTILADA

Cilindro de Aluminio

GLICERINA

III. MARCO TEORICO FUERZA DE EMPUJE Y PRINCIPIO DE D ARQUÍMEDES Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido parece que pesara menos. Lo podemos sentir cuando nos sumergimos en una piscina, o cuando tomamos algo por debajo del agua, los objetos parecieran que pesan menos. Esto es debido a que, todo cuerpo sumergido recibe recibe una fuerza de abajo hacia arriba. Cuando en un vaso lleno de agua sumergimos un objeto, podemos ver que el nivel del líquido sube y se derrama cierta cantidad de líquido. Se puede decir que un cuerpo que flota desplaza parte del agua.

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FISICA EXPERIMENTAL II

EMPUJE

EL LÍQUIDO EJERCE FUERZA HACIA ARRIBA

Arquímedes, quien era un notable matemático y científico griego, se percató de estas conclusiones mientras se bañaba en una tina, al comprobar cómo el agua se desbordaba y se derramaba, y postuló la siguiente ley que lleva su nombre: PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES “Todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje, de abajo hacia arriba, igual al peso del líquido desalojado” CUERPOS SUMERGIDOS Sobre un cuerpo sumergido actúan dos fuerzas; su peso, que es vertical y hacia abajo y el empuje que es vertical pero hacia arriba. Si queremos saber si un cuerpo flota es necesario conocer su peso específico, que es igual a su peso dividido por su volumen. Entonces, se pueden producir tres casos: 1.

Si el peso es mayor que el empuje ( P > E ), el cuerpo se hunde. Es decir, el peso específico del cuerpo es mayor al del líquido.

2.

Si el peso es igual que el empuje ( P = E ), el cuerpo no se hunde ni emerge. El peso específico del cuerpo es igual al del líquido.

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EMPUJE 3.

Si el peso es menor que el empuje ( P < E ), el cuerpo flota. El peso específico del cuerpo es menor al del líquido.

Cuerpos sumergidos: tres casos.

Ejemplo, con un caso práctico: ¿por qué los barcos no se hunden? Los barcos no se hunden porque su peso específico es menor al peso específico del agua, por lo que se produce un empuje mayor que mantiene el barco a flote. Esto a pesar de que el hierro o acero con que

están

hechos

generalmente

los

barcos es de peso específico mayor al del agua y se hunde (un pedazo de hierro en el agua se va al fondo), pero si consideramos todas las partes del barco incluyendo los compartimientos compartimientos vacíos, el peso específico general del barco disminuye y es menor al del agua, lo que hace que éste se mantenga a flote.

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EMPUJE

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IV. PROCEDIMIENTO PRIMER PASO: realiza el montaje de la figura

SEGUNDO PASO: cuelga el cilindro de hierro del dinamómetro. Según la figura. Anota su peso (P1)

TERCER PASO: Cuelga el cilindro de aluminio. Anota su peso (P2)

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EMPUJE

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CUARTO PASO: vierte agua en el vaso de precipitados unos 200ml. Introduce el cilindro d hierro en el agua del vaso, sin tocar sus paredes, ver figura. Observa el dinamómetro y anota el valor que indica. (ܲ ( ଵ´ )

QUINTO PASO: repite lo anterior con el cilindro de aluminio. Anota su valor (ܲ ( ଶ´ )

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EMPUJE

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SEXTO PASO: colocar en otro vaso de precipitados limpio unos 200ml de glicerina. Introduce ahora el cilindro de hierro y anota el valor que indica el dinamómetro (ܲଵ´´ )

SEPTIMO PASO: repite lo anterior con el cilindro de aluminio. Anota el valor (ܲ ( ଶ´´ )

OCTAVO PASO: confecciona los cuadros siguientes. Con los valores obtenidos.

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EMPUJE

CUADRO I CILINDRO DE

Peso en el

Altura (cm)

Peso en el ´

aire P (N)

agua P (N)

Peso en la glicerina P´´ (N)

Hierro

H1 = 5.3 cm

P1 = 0.85 N

‫۾‬૚´ = 0.75 N

‫۾‬૚´´ = 0.8 N

Aluminio

H2 = 4.3 cm

P2 = 0.1 N

‫۾‬૛´ = 0.06 N

‫۾‬૛´´ = 0.08 N

CUADRO II CILINDRO

EMPUJE

DE

En el agua P – P´ (N)

En la glicerina P – P´´ (N)

Hierro

P1 - ‫۾‬૚´ = 0.1 N

P1 - ‫۾‬૚´´ = 0.05 N

Aluminio

P2 - ‫۾‬૛´ = 0.04 N

P2 - ‫۾‬૛´´ = 0.02 N

V. SITUACIONES PROBLEMATICAS 1. ¿Pesan igual los cilindros en el aire que sumergidos en los líquidos? Los cilindros de hierro y aluminio en el aire pesan más que en los líquidos ello se debe a la fuerza de empuje que ejercen los líquidos como se aprecia en el siguiente diagrama de cuerpo libre:

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EMPUJE D.C.L del cilindro de Hierro

D.C.L del cilindro de Aluminio

F = mg

H

F = mg

h H2 O

H2 O

Empuje

Empuje

→ F = mg = Empuje + Waparente

→ F = mg = Empuje + Waparente

→ F = Densidad del H2O . g.H + Waparente

→ F = Densidad del H2O . g.h + Waparente

→ Freal > Empuje

→ Freal > Empuje

Conclusión: tanto el cilindro de hierro como de aluminio en el aire pesan más que sumergidos en el líquido.

2. ¿Dónde pesan más? Del gráfico anterior deducimos que los cilindros de hierro y aluminio en el aire pesan más que sumergidos en el líquido. Cilindro de Hierro

Cilindro de Aluminio

3. El líquido ejerce sobre los cilindros una fuerza dirigida hacia ARRIBA, que lo hacen que pesen MENOS.

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EMPUJE

4. ¿Tienen los dos cilindros el mismo volumen? Los cilindros de hierro y aluminio tienen en el aire volúmenes diferentes y si lo sumergimos en el agua también tienen volúmenes diferentes ello se debe a su peso real. Por ejemplo el cilindro de hierro estará más próximo al fondo del recipiente con agua por tener mayor peso y presentara mayor volumen sumergido, mientras que el cilindro de aluminio por tener menor peso real que el cilindro de hierro tendrá menor volumen sumergido en el líquido.

Cilindro de Hierro

Cilindro de Aluminio

5. La pérdida de peso que experimenta un cuerpo al sumergirlo en el líquido, recibe el nombre de “peso aparente” ¿cómo son entre sí los empujes que experimentan los cilindros al sumergirlos en el agua? Los empujes son diferentes cuando se les sumerge el agua según el cuadro II vemos que el empuje que realiza el agua al peso del hierro es de 0,1 N, mientras que el empuje que realiza el agua al peso del aluminio es de 0,04N → El empuje hacia el cilindro es mayor que el empuje al cilindro de aluminio. 6. ¿El empuje depende de la densidad del líquido? El empuje si depende de la densidad del líquido: Demostramos matemáticamente lo enunciado:

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EMPUJE

D.C.L. al cilindro de Hierro (Wa) En el aire

En el agua Peso aparente

F = mg

5.3 cm

F = mg = 0.85 Peso en el aire

= Peso Real (Wr)

Empuje

→ wr = wa + E…. se sabe P = F/A → F = P.A → P.A = wa + E…..se sabe P = densidad c .g. V Densidad c .g. Vtotal = densidad c .g. Vparcial + E → E = Densidad c .g. Vtotal - densidad c .g. Vparcial……. Se sabe VT – Vparcial = Vsumergido → E = Densidad c .g [Vtotal - Vparcial]……. como esta en el liquido Densidad c = Densidad liquido → E = Densidad c .g. Vcuerpo sumergido ∴ El empuje depende de la densidad del líquido Por ejemplo en el cuadro II el empuje del hierro en el agua es de 0.1 N y en la glicerina es de 0.05 N, ello se debe a que la densidad del agua que es igual a 1 x 103 kg/m3 es menor que el de la glicerina que es de 1.26 x 103 kg/m3

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