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• Keyla Vannessa Morales Rodriguez

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Laboratorio de Física Universidad de Cartagena, Facultad de Ciencias Farmacéuticas, Programa de Q. Farmacéuticas

Cálculo de la Fuerza de empuje. Practica No. 7 Meza Deavila Danis; Morales Rodriguez Keyla; Peña Rivera Luisa; Robles Torres Sebastian. Estudiantes de II semestre de Q. Farmacéutica de la Universidad de Cartagena. Benavides Benítez Escilda. Docente área Laboratorio Física de Q. Farmacéutica de la Universidad de Cartagena.

Objetivos •

Aprender a determinar el volumen desalojado de un cuerpo según el principio de Arquímedes.

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Comprender los diferentes conceptos relacionados con la fuerza de empuje.

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Determinar la fuerza de empuje que experimenta un cuerpo cuando se introduce en un fluido.

Marco teórico • Fuerza de empuje Es aquella fuerza que se opone cuando un cuerpo se sumerge en un fluido. La magnitud de esta fuerza es determinada por el peso del volumen desalojado en el recipiente, esto se debe a la presión que aumenta en un punto determinado.

• Principio de Arquímedes El principio de Arquímedes nos indica que “todo cuerpo sumergido dentro de un fluido experimenta una fuerza ascendente llamada empuje (E), equivalente al peso del fluido desalojado por el cuerpo”.

Este principio lo aplicamos, ejemplo cuando nadamos, cuando tiramos un objeto al agua, entre otras situaciones.

El principio de Arquímedes se aplica a objetos de cualquier densidad. En caso de conocer la densidad del objeto, su comportamiento al estar sumergido dentro de un fluido puede ser: •

Si el objeto es más denso que el fluido en el cual está sumergido, el objeto se hundirá.

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Si la densidad del objeto es igual a la del fluido en el cual está sumergido, el objeto no se hundirá ni flotará.

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Si el objeto es menos denso que el fluido en el cual está sumergido, el objeto flotara en la superficie del fluido.

El principio de Arquímedes se formula así:

Donde E es el empuje , ρf es la densidad del fluido, V el volumen de fluido desplazado por algún cuerpo , g la aceleración de la gravedad y m la masa, de este modo, el empuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El actúa verticalmente hacia arriba y está aplicado en el centro de gravedad del fluido desalojado por el cuerpo; este punto recibe el nombre de centro de carena.

Debido al efecto del empuje, los cuerpos sumergidos en un fluido tienen un peso aparentemente menor a su verdadero peso, y le llamamos peso aparente. El valor de la fuerza de empuje se determina mediante la diferencia del peso real y la del peso aparente, es decir: Empuje = peso real – peso aparente

• Peso Aparente: Fuerza que un cuerpo ejerce en el entorno donde se encuentra apoyado, ya que, si está en un campo gravitacional en vacío, coincidirá con su peso y si en lugar de estar en vacío está sumergido en un fluido, será menor que su peso, por el empuje que experimenta.

• Peso Real: Es el peso que presentaba el cuerpo cuando se encontraba en un campo gravitacional en vacío.

• Procedimiento experimental 1- Llenar una probeta las ¾ partes anote vol. inicial (Vo) 2- Deposite en un tubo de ensayo, arena – taparlo con un corcho 3- Colgar el tubo en un dinamómetro, anotar peso (Peso en el aire = (Pa)) . 4- Sumerja completamente el tubo con la arena en la probeta con agua, anote el peso (peso sumergido =(Ps)) 5- Anote el vol. final del agua en la probeta (Vf). 6- Calcule la fuerza de Empuje (E) del agua sobre el objeto. E= Pa –Ps 7- Calculé el ∆V (∆V =Vf-Vi) – Que mide esta diferencia de volumen ? 8- Pesar un tubo de ensayo vacío 9- Verter en el tubo de ensayo el ∆V obtenido y colgar en el dinamómetro anote el peso (P∆V) 10- Compare el P∆V con el E 11- Sacar Conclusiones

EJERCICIO Pa = 4,5 N Ps= 3 N Vi= 75 ml Vf= 82 ml E=? P∆V =1,5N ¿Cuáles son las variables de la fuerza de E? ¿Dirección y sentido de la fuerza de empuje ?

Solución

E= Pa - Ps = E= 4,5 N - 3N = 1,5N •

Comparando la fuerza de empuje determinada y el peso de ∆V nos dimos cuenta que presentan el mismo valor numérico, esto se debe a que la fuerza de empuje siempre es exactamente igual al peso del volumen desalojado; se hacemos la resta entre el volumen final y el volumen inicial, nos dará como resultado el valor del volumen expulsado a el cual si se le halla el peso es exactamente igual a la fuerza de empuje que ejerce el liquido en el tubo de ensayo con la arena.

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¿Cuáles son las variables de la fuerza de E?

Para que se de la fuerza de empuje hay que tener en cuenta la presión que realiza el fluido en el momento que el objeto se sumerge, el peso en el aire del objeto, el peso dentro del fluido y la densidad del mismo para saber qué tan denso es.

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¿Dirección y sentido de la fuerza de empuje ? La dirección de la fuerza de empuje es vertical y su sentido es hacia arriba.

Conclusión En conclusión, la practica sobre la fuerza de empuje nos brindó muchos conceptos útiles tanto para la carrera como para la vida diaria, además de comprobar el principio propuesto por Arquímedes y entender que el peso del volumen desalojado siempre será igual a la fuerza de empuje que ejerce el fluido en es objeto. Este concepto es de igual importancia a la hora de formular y preparar productos químicos útiles para la sociedad.

Bibliografía Pérez Montiel, Héctor (2011) FISICA GENERAL BACHILLERATO, Grupo Editorial Patria, edición 4. Hewitt, Paul G., (2009), Conceptos de Física, Editorial Limusa S.A. de C.V. Fendt, W. (1998). Walter Fendt. De: Fuerza de empuje en líquidos. Recuperado de : https://www.walter-fendt.de/html5/phes/buoyantforce_es.htm. Fecha de acceso: 16.12.20 Terán, L. V. (2014). Principio de Arquímedes. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo Escuela Preparatoria No. 4 Vida Científica, 2(3).