1. Agosto 11, 2009 DEPARTAMENTO DE FISICA Código: FIS-1043-10 © Ciencias básicas Laboratorio de Física Calor Ondas Universidad del Norte- Colombia Principio De Arquímedes Cindy Manotas Bolívar Eliana Mesino Suárez e-mail: bcindy@uninorte.edu.co e-mail: [email_address] Ingeniería Industrial Ingeniería Electrónica

2. Abstract For the accomplishment of ours first experience of laboratory, initially is required to review the principle of Archimedes bibliographically and thus later to put them in practice in the accomplishment of the activity. During the development of the laboratory it was needed the assembly of the force sensor, balance, beakers and objects such as wood cylinder, object, I spin a top, and sphere each of different materials, and that was exposed to 3 situations that would take to us to verify that any body submerged complete or partially in a fluid is pushed upwards by an equal force the displaced fluid by the body.

3. Resumen Para la realización de nuestra primera experiencia de laboratorio, inicialmente se requiere revisar bibliográficamente el principio de Arquímedes y así posteriormente ponerlos en práctica en la realización de la actividad. Durante el desarrollo del laboratorio se necesitó del montaje del sensor de fuerza, balanza, beakers y objetos tales como cilindro, objeto de madera, trompo, y esfera cada uno de diferentes materiales, y que fueron expuestos a 3 situaciones que nos llevarían a comprobar que cualquier cuerpo sumergido completa o parcialmente en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza igual al fluido desplazado por el cuerpo.

4. Introducción En el informe que presentamos a continuación mostramos como el principio de Arquímedes nos sirvió para lograr nuestro objetivo el cual era establecer la densidad de cada uno de los sólidos utilizados en la experiencia, en 3 casos: el primero donde se determina el peso del sólido en el aire, el segundo caso en el que el sólido esta completamente sumergido en el agua, y finalmente donde el sólido flota en el agua. En esta primera experiencia de laboratorio de nuestro curso de física calor ondas, es primordial tener claro el concepto de fluido, sus propiedades tales como: densidad, peso específico y además las fuerzas que intervinieron en esta experiencia que este caso se trató de una fuerza de flotación (principio de Arquímedes) que actúa sobre el objeto sumergido, verticalmente hacia arriba, y la magnitud de ésta fuerza es siempre igual al peso del fluido desplazado por el objeto.

5. Objetivos

10. Montaje y calibración del sensor de fuerza: Se abre data Studio y se elige el sensor de fuerza, seleccionando el medidor digital. Determinar la masa de cada uno de los objetos utilizados, en la balanza de medición. Llenar el beakers con 800 ml de agua. En el caso 1. Se determina el peso de cada sólido en el aire con el sensor de fuerza. Inmediatamente se coloque el objeto en el montaje previo se activa data Studio que nos arroja el valor de la fuerza.

12. Datos obtenidos. Hallaremos el peso obtenido, en base a la masa obtenida en la balanza de medición.

13. Caso 1: Parte teórica, donde se obtiene la fuerza peso a partir de la formula w= mg. Donde gravedad= 9.8 Objetos Masa obtenida (kg) Peso obtenido (Newton) Cilindro 198.9 gr.= 0.198Kg 1.9404 N Madera 25.6 gr.= .025 Kg 0.24 N Trompo 222.4 gr. = 0.2242 Kg 2.17N Esfera 233.1 gr. = 0.233 Kg 2.28 N Madera +Esfera 0.025 gr. + 0.233 Kg 2.528 N

14. Parte experimental: obtenida a partir con el software data Studio, con el medidor digital, arrojara el peso del sólido en el aire, ignorando el empuje del aire. Objetos Peso obtenido (Newton) Cilindro -1.93 N Madera -0.24 N Trompo -2.16 N Esfera -2.26 N Madera + esfera -2.53 N

15. Discuta las principales fuentes de error de esta experiencia y calcule el posible porcentaje de error. Los datos obtenidos teóricamente serán comparados con los resultados de data Studio y así evidenciaremos el margen de error en esta primera parte de la experiencia. % ERROR:= (valor experimental – valor teórico) x 100 (Valor teórico)

18. Caso 2: Con ayuda del software data Studio obtendremos el peso del sólido, que se encuentra parcialmente sumergido en el agua. Objeto Peso obtenido (newton) Cilindro -1.73 N Madera + esfera -1.87 N Trompo -1.89 N Esfera -2.06 N

20. Análisis y discusión de resultados .

21. Determinar el peso del sólido en el aire con el sensor de fuerza ignore el empuje de aire ¿Explique por qué? En las tablas (caso 1) expuestas anteriormente se expuso los datos obtenidos del data Studio, ignorando el empuje del aire, debido a que los objetos al llevarlos al montaje, son colgados de una cuerda de mínimas dimensiones, para ser colocados en el sensor de fuerza y así obtener el peso. Por estar tensionados, no existe movimiento y por consiguiente el aire no actúa como fuerza de reacción. La tensión en la cuerda es igual al peso.

22. Diagrama de cuerpo libre caso 1: Peso= mg Tensión =T 1

23. Determinar el peso del sólido en el agua Procure que el sólido que de completamente sumergido sin tocar el recipiente. Anote este dato. ¿Importa la profundidad del sólido en el agua? Explique. En las tablas expuestas anteriormente (caso 2 y 3) se expusieron los datos que nos arrojo el software, analizando dichos resultados, es evidente que a medida que se sumerge el objeto, su peso disminuye, cabe indicar que el signo negativo que nos proporciona el sensor señala la dirección de la fuerza que por ser peso es negativa. Las fuerzas externas sobre el objeto son la fuerza de la gravedad y la fuerza de flotación que tiene dirección verticalmente hacia arriba. En condiciones de equilibrio la fuerza de flotación sobre el cuerpo es exactamente igual en magnitud al peso del fluido dentro del recipiente de agua

25. Con los datos obtenidos calcule el volumen sumergido del sólido y su densidad. A partir de la E es la fuerza de empuje Densidad del liquido V= volumen sumergido del cuerpo g= gravedad Entonces en condiciones de equilibrio La fuerza de empuje es igual en magnitud al peso, que fue el dato que nos arrojo la experiencia. Entonces en condiciones de equilibrio En el aire, por lo que la tensión de la cuerda es igual al peso del sólido. Cuando se sumerge en el fluido, actúa la fuerza de empuje, obteniendo el sistema de ecuaciones: Deduciendo tenemos: T la tomamos como la fuerza que nos arrojo Data Studio para cada caso.

29. Ahora obtendremos el volumen y la densidad de la madera. Como la densidad de la madera fue menor que la densidad del agua, podemos concluir que si se dejara caer el objeto de madera sin estar tensionado, hubiera quedado en estado de flotación, pues para que se vaya hasta el fondo la densidad del sólido debe ser mayor a la del liquido donde se sumerge.