Reporte 5 fisica 1 Usac

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    27-Oct-2015

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reporte realizado en el laboratorio de la facultad de fisica Usac que es principio de arquimides

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  • UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

    FACULTAD DE INGENIERA

    ESCUELA DE CIENCIAS

    DEPARTAMENTO DE FISICA

    FISICA 1

    INSTRUCTOR: JOSE SAMPUEL

    PPrraaccttiiccaa ddee LLaabboorraattoorriioo NNoo..55

    EEll PPrriinncciippiioo ddee AArrqquummeeddeess

    SILVANA REBECA LARA BACK 200510422

    SECCION CLASE D+ SECCION LAB D

    MESA 3

  • INTRODDUCCION

    De acuerdo a la prctica desarrollada en el laboratorio, concerniente a la demostracin y aplicacin del principio de Arqumedes, se ha realizado el presente informe que describe de manera sencilla como por medio de la experimentacin se puede demostrar dicho principio, el cual establece que la magnitud del empuje hidrosttico siempre es igual al peso del liquido desalojado por el objeto, para ello se utiliz el equipo descrito en la seccin desarrollo experimental. En la segunda parte de la prctica se demuestra que por medio del Principio de

    Arqumedes y una serie de masas distintas, se puede calcular la densidad del lquido

    donde se sumergen dichas masas. Para ello se hace uso de tablas y grficos, para

    obtener la ecuacin que permita realizar una prediccin de la densidad de dicho

    liquido, en este caso agua, cuya densidad ya es conocida. Dado que la densidad del

    lquido ya es conocida, se realizan una serie de comparaciones de los resultados

    obtenidos experimentalmente con los tericos, para determinar que la prctica es

    valida.

    OBJETIVOS

    Objetivos Generales:

    Mostrar por medio de una prctica demostrativa el principio de Arqumedes.

    Demostrar que la ecuacin emprica obtenida por medio de la grafica empuje

    versus gravedad por volumen desplazado, obtenida de los datos tomados en el

    laboratorio esta en acuerdo con el principio de Arqumedes.

    Comprender la relacin funcional entre la fuerza de empuje debido al lquido y

    el volumen desplazado del lquido.

    Objetivos especficos:

    Analizar a que valor equivale la pendiente en una grafica empuje versus

    gravedad por volumen desplazado.

    Comparar el valor de la densidad del agua con el valor obtenido de la pendiente

    de la grafica empuje versus gravedad por volumen desplazado.

  • HIPOTESIS

    Cuando un cuerpo esta sumergido en un lquido, experimenta una fuerza de empuje contraria a la fuerza ejercida por el cuerpo, la cual depende de la densidad del lquido en cul se sumerge dicho cuerpo y dicha fuerza de empuje es directamente proporcional a el volumen desplazado multiplicado por la gravedad, la constante de proporcionalidad de esta ecuacin es la densidad del lquido.

    MARCO TEORICO

    El principio de Arqumedes establece que; si un cuerpo esta parcial o totalmente sumergido en un fluido, ste ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo. A dicha fuerza se le denomina empuje y se denota por la letra E.

    Principio de Arqumedes Siendo:

    . Todo lquido colocado en un recipiente esta en equilibrio, as que todas las componentes y de fuerza sobre una porcin del lquido es cero. Por lo tanto, la suma de de todas componentes y de las fuerzas de superficie en esta porcin, debe ser una fuerza hacia arriba de igual magnitud que el peso del lquido dentro de la superficie. Si ahora se remueve esta porcin de lquido y se remplaza por un cuerpo slido cuya forma es idntica a la de la porcin de lquido removido, la presin en cada punto es exactamente la misma de antes, de modo que la fuerza total hacia arriba ejercida por el fluido sobre el cuerpo tambin es la misma, igual en magnitud al peso del lquido desplazado para colocar el cuerpo. La lnea de accin de la fuerza de empuje pasa por el centro de gravedad del lquido desplazado. Por lo que el empuje se puede calcular experimentalmente, al medir indirectamente el peso del cuerpo en el aire y luego en el lquido.

  • DESARROLLO EXPERIMENTAL

    Materiales: - Trpode en forma de V - Varilla de 75 y 25cm - Mordaza universal - Dinammetro de 3N - Probeta de 500ml - Probeta de 100ml - Un cilindro de Arqumedes (2636) - Un juego de cinco masas - Hilo de camo.

    Magnitudes fsicas a medir: - El peso, de un objeto fuera y dentro de una probeta que contenga agua. - El volumen desplazado por el lquido al introducir un objeto dentro de la

    probeta. Procedimiento:

    1. Tome la probeta de 100ml y llnela con 60 ml de agua.

    2. Tome una de las masas y con el dinammetro, mida y anote su peso en el aire (Waire).

    3. Introduzca la masa en la probeta con agua. El agua debe cubrir por completo la

    masa y el gancho pegado a ella.

    4. Mida el volumen que se desplaz el agua (Vd) y el peso que marca el dinammetro (Wagua) y anote los datos.

    5. Repita los pasos 2,3 y 4 con cada una de las cuatro masas restantes. Para

    referencia ver figura F2.

    6. Calcule la fuerza de empuje E de cada una de las masas con la frmula:

    7. Convierta el volumen desplazado dado en cc ( ml) a m3 multiplicndolos por

    10-6 y multiplquelo por la magnitud de la gravedad (9.8 m/s2). Este valor ser gV.

    8. Tabule los datos en una tabla que incluya nmero de dato, masa en el aire,

    masa en el agua, volumen desplazado (ml), fuerza de empuje y Volumen por gravedad (gV.)

  • 9. Realice un grfico E vrs gV.

    10. Encuentre la recta promedio de los puntos obtenidos, obteniendo las constantes a y b de esta grfica.

    11. Ya que la fuerza de empuje est dada por E = gV, y se obtuvo una funcin de la forma

    E = a(gV)+b, se espera que = a. Compare estos datos grficamente y saque conclusiones.

    Diagrama experimental:

  • RESULTADOS

    Tabla No. 1 Datos experimentales

    No Waire (N) WH2O (N) Vdesplazado (cm)

    1 0,2 0,12 6,00E-06

    2 0,22 0,16 6,00E-06

    3 0,3 0,2 1,00E-05

    4 0,46 0,4 4,00E-06

    5 1 0,88 1,00E-05

    Tabla No. 2 Datos experimentales

    No Empuje

    E = Waire Wagua (N) Vdesplazado

    gVd x 10-6 (m4/s2)

    1 0,08 58,80

    2 0,06 58,80

    3 0,1 98,00

    4 0,06 39,20

    5 0,12 98,00

    GRAFICO 1. EMPUJE E vrs. gVd

    y = 922,35x - 6,9176R = 0,8366

    0,00

    20,00

    40,00

    60,00

    80,00

    100,00

    120,00

    0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

    Emp

    uje

    gVd

    E vrs. gVd

  • 0,08; 58,800,06; 58,80

    0,1; 98,00

    0,06; 39,20

    0,12; 98,00

    0,00

    20,00

    40,00

    60,00

    80,00

    100,00

    120,00

    0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14

    GRAFICO 2.

    P

    ROPUESTA DEL MODELO MATEMATICO

    Calculo de constantes a y b

    Recta 1

    Recta 2

    PROPUESTA DE LA ECUACION EMPIRICA

  • PORCENTAJE DE ERROR

    653.33 1000 1061.67 1470.01

    DISCUSION DE RESULTADOS

    PRIMERA PARTE

    Se mostro de una manera satisfactoria el principio de Arqumedes ya que se observo

    primeramente que el peso del cilindro en el aire es mayor al peso de este mismo

    cilindro en el agua, esto debido a la fuerza de empuje que percibe el cilindro cuando se

    encuentra sumergido en el liquido.

    Para determinar la ecuacin del empuje, solo necesitamos igualar dos ecuaciones, la

    primera que indica una relacin entre la densidad, volumen y peso y la otra es una

    ecuacin que viene de la sumatoria de fuerzas verticales, es decir la fuerza es igual a la

    masa por la gravedad. Despejando en este caso la fuerza, que ser el empuje.

    Por ltimo se noto que aunque dos cantidades posean la misma masa, cuando se

    sumergen en un lquido, si sus volmenes son distintos, desplazaran diferente cantidad

    de lquido.

    Cuando la masa de dos objetos es la misma pero difieren en la cantidad de volumen

    implica que tienen diferente densidad.

  • SEGUNDA PARTE

    Como se puede observar en la grfica 1 los puntos medidos experimentalmente no

    estn totalmente uniformes alrededor de la lnea de tendencia, esto se debe a las

    posibles fuentes de error al momento de ver la medida en los aparatos de medicin,

    por ejemplo en el dinammetro, dependiendo del ngulo de visin se puede observar

    ms o menos cantidad de Newtons medidos, al momento de medir los volmenes, el

    menisco tambin depende mucho del ngulo de visin con el que observemos varia la

    medida tomada. Estos errores humanos, son una de las principales fuentes de error a

    la hora de realizar un experimento. Otra posible fuente de error puede ser dada al

    tomar los puntos mas lejanos en la grfica, porque el punto mximo representa la

    medida del cilindro de cobre, un metal ms pesado que el aluminio, por lo tanto el

    valor se aleja ms de la media.

    El valor de la densidad obtenida empricamente no esta muy lejana del valor real de la

    densidad del agua, por lo que nuestro modelo matemtico esta bien realizado y el

    experimento comprueba la ley de Arqumedes.

    CONCLUSIONES

    Se mostro por medio de una prctica demostrativa el principio de Arqumedes.

    Se comprendi la relacin funcional entre la fuerza de empuje debido al lquido

    y el volumen desplazado del lquido.

    Se demostr que la ecuacin emprica obtenida por medio de la grafica empuje

    versus gravedad por volumen desplazado, obtenida de los datos tomados en el

    laboratorio esta en acuerdo con el principio de Arqumedes.

    Se analizo que el valor de la pendiente en la grafica empuje versus gravedad

    por volumen desplazado, corresponde al valor de la densidad del agua.

    Se comparo el valor experimental de la densidad del agua con el valor terico,

    quedando el valor terico entre el rango de incerteza, por lo que el laboratorio

    se llevo a cabo de una manera correcta.

  • FUENTES DE CONSULTA

    Fsica para ciencias e ingenieras Sexta edicin, volumen 1 Raymond A.

    Serway

    Manual de Laboratorio de Fsica 1 de la Universidad de San Carlos de

    Guatemala. Paginas consultadas 50-56