Fuerzas de Restauración

Grupo #6

Sara FernándezJan Michael LópezJosé Mario López

Carlos MarcéJuan José Monroig

PRIMERA PARTEOBJETIVO Y TEORÍA

Objetivo

Probar que la fuerza boyante actuando en un objeto que esta sujetado por un resorte es menor que la fuerza boyante que esta actuando sobre un objeto sujetado por un hilo.

Determinar la diferencia entre las fuerzas de restauración elásticas antes de estar en el agua y dentro del agua.

Teoría

Se estarán utilizando dos conceptos aprendidos durante el curso de Física, siendo estas Fuerza Boyante y Fuerza de Restauración en Resortes. Ambas fuerzas tienden a ser hacia el norte gracias a que equilibran las fuerzas que tienden hacia el sur para que el objeto este en posición de equilibrio donde su velocidad es cero.

Teoría

La fuerza boyante se halla al calcular la masa del líquido desplazado del envase donde se ha introducido el objeto y al multiplicar éste por la aceleración gravitacional (entiéndase 9.81 m/s2). La fuerza boyante se puede determinar al utilizar la siguiente fórmula:

Peso aparente = Peso del objeto fuera del agua – Fuerza boyante

Teoría

Al utilizar un resorte para aguantar al objeto en el agua el peso del objeto dentro del agua depende de la fuerza de restauración del resorte que afecta el peso neto del objeto como sigue:

Peso neto del objeto (fuera del agua) = Peso del objeto (fuera del agua) – Fuerza de restauración elástica i

Wneto = (masa)(aceleración grav.) + (-k)(desplazamiento)

Teoría

Ya que la fuerza de restauración elástica causa que el objeto regrese a equilibrio la suma de fuerzas debería de ser cero, así que ésta debe de ser igual y opuesta al peso aparente del objeto dentro del líquido así obteniendo que el peso aparente del objeto dentro del agua tiene que ser igual que la fuerza de restauración del resorte.

Teoría

Obteniendo finalmente la siguiente ecuación:

Peso aparente del objeto en agua = Peso neto del objeto fuera del agua – Fuerza boyante

Fuerza de restauración elástica f = [Peso del objeto (fuera del agua) – Fuerza de restauración elástica i] – Peso del líquido desplazado

Teoría

Todo esto se debe a la interacción de diferentes fuerzas y sus direcciones correspondientes, explicadas en el siguiente diagrama:

Teoría

Hilo

Fuerza del objeto

Fuerza Boyante

Fuerza del objeto

Fuerza Boyante

Fuerza de restaruación

elástica

Resortes

SEGUNDA PARTEHIPÓTESIS INVESTIGATIVA Y NULA

Hipótesis Investigativa

La fuerza boyante actuando en el objeto aguantado por un hilo será mayor que la fuerza boyante actuando en el objeto sumergido con un resorte.

La fuerza elástica del resorte va a ser igual a la fuerza boyante del objeto sumergido con un hilo menos la fuerza boyante actuando en el objeto sumergido con el resorte.

Hipótesis Nula

La fuerza boyante actuando en el objeto aguantado por un hilo será menor que la fuerza boyante actuando en el objeto sumergido con un resorte.

La fuerza elástica del resorte no va a ser igual a la fuerza boyante del objeto sumergido con un hilo menos la fuerza boyante actuando en el objeto sumergido con el resorte.

TERCERA PARTEMATERIALES, MÉTODOS Y VARIABLES

Materiales

Resorte Varilla Hilo Regla Bloque de Piedra Medidor de Fuerza Envase grande Envase pequeño

Vaso Plástico Gotero Explorer Laptop Agua Balanza

Métodos

Se conecta el Xplorer a la computadora y cogemos el medidor de fuerza y se conecta.

Luego se consigue un bloque de piedra, un resorte, hilo y dos envases.

Se engancha el medidor de fuerza de una varilla en forma de “T” y de este se amarra el bloque de piedra, con el hilo.

Se determina la constante del resorte para identificar los datos teóricos del experimento la utilizar el resorte.

Métodos

Este debe estar colgando a una altura en la cual el bloque este a unos pocos centímetros del piso.

Luego se cogen dos vasos precipitados: uno de 2,000ml y otro de 1,000ml.

Esos vasos precipitados se pesan en la balanza vacios y se apunta en una libreta de datos.

Métodos

Se mide la fuerza del objeto fuera de agua para determinar el peso neto del objeto.

Después el envase pequeño se llena de agua hasta el borde, se coloca dentro del envase grande y estos se ponen debajo de donde va a estar colgado el bloque de piedra para que este caiga adentro.

Métodos

Esto se hace para cuando el bloque caiga dentro del envase con agua se desborde y caiga en el envase vacio.

Luego de que esto ocurra se pesa el envase donde el agua desbordada calló y el peso que se obtenga se le resta al peso del envase vacio y conseguimos la cantidad de agua desplazada lo cual es igual a la fuerza boyante.

Este mismo procedimiento se repite pero en vez de amarrar el bloque de piedra con el hilo, se aguanta del resorte.

Variables

Las variables dependientes (experimentales) dependen de las que son independientes (controladas).

Independientes - Controladas: Altura inicial del bloque, peso del bloque, fuerza

elástica inicial y la constante del resorte. Dependientes – Experimentales:

Fuerza boyante, fuerza elástica final, altura final, peso del líquido desplazado.

CUARTA PARTEDATOS Y PORCIENTOS DE ERROR

Datos

Datos teóricos

Peso del objeto (N)

Peso neto del objeto (N)

Fuerza Boyante (N)

Peso aparente (N)

Fuerza elástica (resorte) (N)

Masa líquido desplazado (kg)

Fuerza elástica (resorte) final (N)

3.434 3.434 0.199 3.234 N/A 0.020 N/A3.434 3.033 0.081 2.952 0.400 0.008 0.304

Hilo

Resorte

Datos

Datos experimentales

Peso del objeto (N)

Peso neto del objeto (N)

Fuerza Boyante (N)

Peso aparente (N)

Fuerza elástica (resorte) (N)

Masa líquido desplazado (kg)

Fuerza elástica (resorte) final (N)

3.50 3.50 0.19 3.20 N/A 0.02 N/A3.50 3.10 0.10 2.99 0.40 0.01 0.30

Hilo

Resorte

Datos adicionales

Diferencias entre fuerzas de resorte:

EXPERIMENTAL:0.10

TEÓRICO:0.096

Porciento de Error

El porciento de error se definirá bajo tres diferentes elementos: Fuerza boyante en el objeto sumergido con el

hilo. Fuerza boyante en el objeto sumergido con el

resorte. Fuerza elástica final del resorte.

|valor experimental – valor teórico||valor teórico|

Porciento de Error

Hilo Experimental:

0.19 Teórico:

0.199

PORCIENTO DE ERROR 4.52%

Porciento de Error

Resorte – Fuerza boyante Experimental

0.10 Teórico

0.081

PORCIENTO DE ERROR 22.4%

Porciento de Error

Resorte – Fuerza elástica final Experimental

0.304 Teórico

0.30

PORCIENTO DE ERROR 1.32%

QUINTA PARTEANÁLISIS DE DATOS Y CONCLUSIÓN

Análisis de Datos

Se nota que los datos tienden a probar la hipótesis investigativa, porque las fuerzas boyantes de los resortes son menores a las de la fuerza boyante al utilizar el hilo. Se nota que los porcientos de error se pueden deber a diferentes factores que no se pueden controlar, como resistencia de viento y en especial el movimiento del resorte al estirarse y volver a la posición de equilibrio, al igual que la frecuencia de éste.

Conclusión

La hipótesis investigativa de este experimento fue comprobada cierta. La Fuerza Boyante actuando en el objeto aguantado por el hilo va a ser mayor que la fuerza boyante que actúa en el objeto aguantado por el resorte, debido a la fuerza de restauración del resorte. La fuerza de restauración, al ser la fuerza en dirección opuesta o hacia arriba, disminuye la fuerza neta del objeto.

Conclusión

Por lo tanto, esto afecta la fuerza boyante porque esta está a proporción con la fuerza neta del objeto para mantener el objeto en equilibrio. Si la fuerza que ejercía el objeto es poca, ocupando poco espacio, la fuerza boyante o el agua que desplazaba también iba a ser poca y si la fuerza ejercida por el objeto era mucha ocupando más espacio al ser sumergido, mayor iba a ser la fuerza boyante o la cantidad de agua desplazada.