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INTRODUCCINEn la prctica realizada en el laboratorio de fluidos
lo que se pretende es analizar la fuerza que ejerce un fluido al
entrar en contacto con un cuerpo determinado se puede definir
matemticamente, a partir de las bases tericas sobre el principio de
Arqumedes el cual dice que cuando un cuerpo flota libremente en un
determinado recipiente, desplaza un volumen de fluido que equilibra
su peso propio; para la demostracin de este principio en la parte
experimental se utiliza un recipiente con agua y otro de menor rea
el cual es sometido a diversos pesos para los cuales se registran
los datos que se utilizan en los clculos para determinar la fuerza
de Boyamiento, generar un anlisis grafico del peso con respecto a
la fuerza de empuje, identificar para que valor de peso se va a
presentar la fuerza de empuje mxima. Una de las conclusiones ms
relevantes acerca de esta demostracin experimental del principio de
Arqumedes es que este mtodo nos permite determinar el volumen y la
densidad de los cuerpos sin necesitad de que estos sean figuras
geomtricas conocidas.
As mismo se puede hallar la fuerza de Boyamiento con la cual
podemos analizar si el elemento tiende a flotar, hundirse o
mantenerse neutral. Las fuerzas halladas estn sometidas a factores
de error, como la habilidad humana y el deterioro de las masas
pueden influir para que los resultados que se generen no sean
totalmente exactos.
OBJETIVOS
Objetivo general
Determinar experimentalmente la fuerza de Boyamiento sobre un
cuerpo parcialmente sumergido
Objetivos especficos
Ggenerar un anlisis grafico del peso con respecto a la fuerza de
empuje Identificar para que valor de peso se va a presentar la
fuerza de empuje mxima Determinar cmo influye la forma del
recipiente en la toma de datos
JUSTIFICACIN
Para los ingenieros, que realizan proyectos de presas y obras
sumergidas se interesan mucho ms por el agua en reposo que por el
agua en movimiento, se aplican los conocimientos de hidrosttica as
que una de las razones ms relevantes por la cual es importante
afianzar los conocimientos en el principio de Arqumedes es porque
junto con elprincipio de Pascalhacen parte de los dos principales
teoremas que son la base de laHidrosttica, la flotabilidad en un
buque es tambin es una consecuencia directa del principio de
Arqumedes. En el caso de las embarcaciones y agua de mar, el empuje
que experimenta el casco hacia arriba (fuerza que lo mantiene a
flote), es igual al peso del agua desplazada siendo esta la ms
importante aplicacin del teorema. Tambin el hidrmetro empleado para
determinar el peso especifico del liquido de las bateras de los
automviles se utiliza bajo el principio de Arqumedes. Un flotador
se hunde o no hasta cierta seal dependiendo del peso especifico de
la solucin en la que flota. As el grado de carga elctrica de la
batera puede determinarse, pues depende del peso especfico de la
solucin y reiterando lo dicho previamente en la introduccin el
principio de Arqumedes es de utilidad para conocer densidades y
volmenes.
MARCO TERICO
Principio de Arqumedes
Historia La ancdota ms conocida sobre Arqumedes, Matemtico
griego, cuenta como invento un mtodo para determinar el volumen de
un objeto con forma irregular. De acuerdo a vitruvio arquitecto de
la antigua roma, una nueva corona con forma de corona triunfal haba
sido fabricada para Hieron II, tirano gobernador de Siracusa, el
cual pidi a Arqumedes determinar si la corona estaba hecha de oro
solido o si un orfebre deshonesto le haba agregado plata. Arqumedes
tena que resolver este problema sin daar la corona, as que no poda
fundirla y convertirla en un cuerpo regular para calcular su
densidad mientras tomaba un bao, noto que el nivel del agua suba en
la tina cuando entraba, y as se dio cuenta de que ese efecto podra
usarse para determinar el volumen de la corona.
ConceptoEs la ley fundamental que rige el equilibrio de las
fuerzas flotantes que nos dice un cuerpo que se encuentre, en un
fluido ya sea flotando o sumergido es empujado hacia arriba por una
fuerza igual al peso del fluido desplazado esto se determino
gracias a el anlisis de las fuerzas resultantes de un cuerpo
sumergido (cubo para el ejemplo).
Figura. 1 Diagrama de cuerpo libre del cubo
Por equilibrio
Fuerza de Boyamiento (Fb): es la fuerza vertical neta causada
por un fluido al entrar en contacto con un cuerpoFb = h A; Donde =
Peso especfico, h = Altura de hundimiento, A = rea del cuerpo
Peso (w): el peso de un objeto solido es el producto de su
volumen total por su peso especfico
Fuerza externa (Fe): permite que el slido se mantenga en
equilibrio
PROCEDIMIENTO
El laboratorio inicio el da jueves 19 de marzo del 2015 a las
6:00 p.m. donde se reuni el grupo P2 de fluidos en el laboratorio,
dirigido por el ingeniero Andrs Felipe Mendoza Tllez, el
laboratorio se baso en analizar y comprender el principio de
Arqumedes afianzar lo visto en clase magistral de una manera
experimental El montaje utilizado permiti medir la cantidad de
lquido que un cuerpo slido desplaza al ser sumergido completamente
en un fluido con los siguientes Materiales utilizados en la
prctica: Recipiente1 Recipiente 2 metro Varias masas de diferente
magnitudPrimero se midi con un metro el recipiente 1 por
consiguiente fueron puestas en este recipiente distintas masas y
registrados los datos de la cantidad de volumen desplazado de agua
en el recipiente 2 debido a la masa en el recipiente y as
sucesivamente para masas diferentes hasta conseguir que una masa
causara la falla en el recipiente 1.
Figura2. Fotografa registro de la masa del recipiente 1Figura3.
Fotografa de medicin del recipiente 1
Figura4. Fotografa una determinada masa puesta en el recipiente
1 que est dentro del recipiente 2 lleno de agua
Figura5. Fotografa una determinada masa puesta en el recipiente
1 que est dentro del recipiente 2 lleno de aguaFigura6. Grficamente
hundimiento de recipiente 1 por el exceso de masas
Datos experimentales:
Profundidad (cm)Masa (g)
6.20
6.5160
7.2406
7.7566
8.4651
9731
falla1131
Tabla 1.Datos de las profundidades con respecto a la masa
obtenidos peso recip1(g)Largo(cm)Ancho(cm)
11732014
Tabla 2.Dato de las medidas y peso del recipiente 1
CLCULOS
Procesamiento de datos:
En primer lugar, de los datos experimentales se procedi a
convertir al sistema internacional.
A partir de esto se hallo la fuerza de Boyamiento a la que
estaba sometida con respecto a cada masa con la formula
siguiente
El empuje es igual a la fuerza de Boyamiento
ANALISIS DE RESULTADOS
W(N)E(N)
11,5071317,03016
13,0767317,8542
15,4899919,77696
17,0595921,15036
17,8934423,07312
18,6782424,7212
22,6022427,468
Tabla 3.Datos procesados de la fuerza de empuje y el peso
Grafica 1.grafica de la fuerza de empuje con respecto al
peso
Para un empuje mximo determinar el peso:
El empuje depende directamente de la altura de hundimiento a
mayor altura de hundimiento mayor empuje, y si el peso provoca la
que la altura de hundimiento sea mayor entonces el mayor empuje se
dar en el momento en que hay mayor peso.
Se da en la toma de medida 6 cuando la altura de hundimiento es
de 0,09m
Si se cambia el recipiente por uno de forma cilndrica, determine
el rea de contacto si la altura mxima no cambia:
Cul es el valor del dimetro del nuevo recipiente:
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
si el peso es mayor que el empuje ( W > E ), el cuerpo se
hunde. Es decir, el peso especfico del cuerpo es mayor al del
lquido. si el peso es igual que el empuje ( W = E ), el cuerpo no
se hunde ni emerge. El peso especfico del cuerpo es igual al del
lquido. Si el peso es menor que el empuje ( W < E ), el cuerpo
flota. El peso especfico del cuerpo es menor al del lquido. El
empuje depende directamente de la altura de hundimiento a mayor
altura de hundimiento mayor empuje, y si el peso provoca la que la
altura de hundimiento sea mayor entonces el mayor empuje se dar en
el momento en que haya mayor peso.
El objeto sumergido desplaza un volumen de agua igual al volumen
del objeto lo que nos es de gran ayudar para hallar el volumen de
objetos con formas que no estn definidas geomtricamente
No hay recomendaciones
BIBLIOGRAFAanonimo. (s.f.). mgar. Recuperado el 21 de marzo de
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Colombia.Mott, R. L. ( 1996 ). Mecnica de fluidos aplicada. Pearson
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http://www.slideshare.net/williamabantoquintos9/fuerza-de-boyamiento
