Informe Nro 03

7/25/2019 Informe Nro 03

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CAPTULO 0

NDICE GENERALRAL

CAPITULO 1 INTRODUCCIN PAG.2

CAPITULO 2 OBJETIVOS PAG.3

2.1 OBJETIVOS GENERALES . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .3

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .3

CAPITULO 3 ASPECTO TERICO PAG.4

3.1 VOLUMEN . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .4

3.2 MASA . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .4

3.3 PESO . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .4

3.4 DENSIDAD . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .5

3.5 LA PRESIN EN LOS FLUIDOS . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .5

3.6 PRINCIPIO DE ARQUIMEDES . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .6

3.7 MATERIALES E INSTRUMENTOS . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .73.7.1DINAMMETRO . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .7

3.7.2VASO DE PRECIPITADO. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .7

3.7.3BALANZA . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .8

CAPITULO 4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL PAG.9

4.0.4RESULTADO DE LAS MEDIDAS. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .9

4.0.5EVALUACIN . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .9

4.1 EJERCICIO COMPLEMENTARIO . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . . 10


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INTRODUCCIN

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Por lo general, la materia se clasifica perteneciente a uno de tres estados: slido, lquido o

gas. Por la experiencia cotidiana se sabe que un slido tiene un volumen y forma definidos, un lquido

tiene un volumen definido mas no forma definida, y un gas no confinado no tiene ni volumen defini-

do ni forma definida. Dichas descripciones ayudan a representar los estados de la materia, pero son

un poco artificiales. Por ejemplo, el asfalto y los plsticos normalmente se consideran slidos, pero

durante intervalos de tiempo prolongados tienden a fluir como lquidos.

Del mismo modo, la mayora de la sustancias pueden ser slido, lquido o gas (o una combinacinde cualquiera de estos tres), dependiendo de la temperatura y la presin. En general, el intervalo de

tiempo requerido para que una sustancia particular cambie su forma en respuesta a una fuerza externa

determina si se trata la sustancia como slido, lquido o gas.

Un fluido es un conjunto de molculas que se ordenan aleatoriamente y se mantienen juntas

a partir de fuerzas cohesivas dbiles y fuerzas que ejercen las paredes de un contenedor. Tanto lquidos

como gases son fluidos.1

1Raymond A. Serway y John W. Jewett .2015. Fsica para ciencias e ingeniera.Novena edicin.Mxico.Cengage Lear-

ning Editores


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OBJETIVOS

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2.1 OBJETIVOS GENERALES

1. Conocer las propiedades bsicas de los fluidos.

2. Conocer y comprender la naturaleza de la presin sus formas de transferencia y la ley que

fundamenta.

3. Analizar e interpretar los enfoques del principio de Arquimedes en casos de variados de flota-cin.

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

1. Determinar el empuje sobre slidos por la diferencia de su fuerza, peso en el aire y en el agua.

2. Calcular la densidad del slido a partir del empuje y del volumen de agua desalojado.

3. determinar la diferencia de la fuerza hidrostatica con la presin hidrostatica.

4. Analizar los efectos de las fuerzas hidrostaticas sobre las superficies de contacto con lquidosen reposo.1

1Instituto de ciencias y humanidaes.Asociacin Fondo de investigaciones y Editores.2008.Fsica, una visin analtica

del movimiento. Volumen II.Lima-Peru.Lumbreras Editores


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3ASPECTO TERICO

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3.1 VOLUMEN

Elvolumen es una magnitud mtrica de tipo escalar definida como la extensin en tres

dimensiones de una regin del espacio. Es una magnitud derivada de la longitud, ya que se halla

multiplicando la longitud, el ancho y la altura. Matemticamente el volumen es definible no slo

en cualquier espacio euclidiano, sino tambin en otro tipo de espacios mtricos que incluyen por

ejemplo a las variedades de Riemann. Desde un punto de vista fsico, los cuerpos materiales ocupanun volumen por el hecho de ser extensos, fenmeno que se debe al principio de exclusin de Pauli.

La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cbico. Para

medir la capacidad se utiliza el litro. Por razones histricas, existen unidades separadas para ambas,

sin embargo estn relacionadas por la equivalencia entre el litro y eldecmetro cbico:

1dm3 =1litro=0,001m3 =1000cm3.

3.2 MASA

En fsica, la masa es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. Es una

propiedad extrnseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravi-

tacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema es el kilogramo (kg). Es una magnitud

escalar. No debe confundirse con el peso, que es una magnitud vectorial que representa una fuerza

cuya unidad utilizada en el Sistema Internacional de Unidades es el newton (N).

3.3 PESO

En fsica clsica, el peso es una medida de la fuerza gravitatoria que acta sobre un objeto.

El peso equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por la accin

del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. Por ser una fuerza, el peso se representa como

un vector, definido por su mdulo, direccin y sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y

dirigido aproximadamente hacia el centro de la Tierra. Por extensin de esta definicin, tambin po-

demos referirnos al peso de un cuerpo en cualquier otro astro (Luna, Marte,...) en cuyas proximidades

se encuentre. La magnitud del peso de un objeto, desde la definicin operacional de peso, depende

tan solo de la intensidad del campo gravitatorio local y de la masa del cuerpo, en un sentido estricto.

Sin embargo, desde un punto de vista legal y prctico, se establece que el peso, cuando el sistema de

referencia es la Tierra, comprende no solo la fuerza gravitatoria local, sino tambin la fuerza centr-

fuga local debido a la rotacin de la Tierra; por el contrario, el empuje atmosfrico no se incluye, nininguna otra fuerza externa.


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CAPTULO 3 ASPECTO TERICO

3.4 DENSIDAD

Una propiedad importante de cualquier material es su densidad, que se define como su masa

por unidad de volumen. Un material homogneo, como el hielo o el hierro, tiene la misma densidad

en todas sus partes. Usamos la letra griega (rho) para denotar la densidad. Si una masa m de material

homogneo tiene un volumen V, la densidad r es:

=m

v

Dos objetos hechos del mismo material tienen igual densidad aunque tengan masas y volmenes

diferentes. Eso se debe a que la razn entre masa y volumen es la misma para ambos objetos. La

unidad de densidad en SI ser kg/m3 pero se usa generalmente densidades en g/cm3, 1 g/cm3 =1000

kg/m3.

3.5 LA PRESIN EN LOS FLUIDOS

El concepto de presin es muy general y por ello puede emplearse siempre que exista una

fuerza actuando sobre una superficie. Sin embargo, su empleo resulta especialmente til cuando el

cuerpo o sistema sobre el que se ejercen las fuerzas es deformable. Los fluidos no tienen forma propia

y constituyen el principal ejemplo de aquellos casos en los que es ms adecuado utilizar el concepto

de presin que el de fuerza. Cuando un fluido est contenido en un recipiente, ejerce una fuerza sobre

sus paredes y, por tanto, puede hablarse tambin de presin. Si el fluido est en equilibrio las fuerzas

sobre las paredes son perpendiculares a cada porcin de superficie del recipiente, ya que de no serloexistiran componentes paralelas que provocaran el desplazamiento de la masa de fluido en contra

de la hiptesis de equilibrio. La orientacin de la superficie determina la direccin de la fuerza de

presin, por lo que el cociente de ambas, que es precisamente la presin, resulta independiente de la

direccin; se trata entonces de una magnitud escalar. La presin se designa con la letra P, y se define

como la fuerza de compresin por unidad de rea perpendicular a la fuerza.

P= Fuerza normal sobre en area

area sobre la que se distribuye la f uerza

Figura 3.5.1: Presin


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3.6 PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

El principio de Arqumedes es un principio fsico que afirma que: Un cuerpo total o par-

cialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del

volumen del fluido que desaloja. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrosttico o de Arqume-

des, y se mide en Newton (en el SI). El principio de Arqumedes se formula as:

E= mg=lgV

O bien:

E= mg= l gV

DondeEes el empuje,rho es la densidad del fluido,V el volumen de fluido desplazado por

algn cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleracin 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 empuje (en condiciones normales y descritas de modo simplificado) actaverticalmente hacia arriba y est aplicado en el centro de gravedad del cuerpo.

Si pesamos un objeto pesado sumergido en agua suspendindolo en un dinamometro, el

peso aparente del objeto(la lectura del del dinamometro) es inferior al peso del objeto. Esto es asi

porque el agua ejerce una fuerza acia arriba que equilibra parcialmente la fuerza de gravedad. esta

fuerza es aun mas evidente cunado sumergimos un trozo de corcho. Cuando esta completamente

sumergido, experimenta una fuerza hacia arriba ejercida por la presin por el agua , que es mayor

que la fuerza de la gravedad de manera que el corcho acelera hacia la superficie, en donde flota

parcialmente sumergido. la fuerza ejercida por un fluido sobre un cuerpo sumergido en el se denomina

fuerzaascesoncial(o de flotacin o de empuje.Es igual al modulo al peso del fluido desplazado por elcuerpo.1

Figura 3.6.2: Empuje

1Tipler.Fisica. Vol I


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3.7 MATERIALES E INSTRUMENTOS

3.7.1 DINAMMETRO

El dinammetro es un instrumento utilizado para medir fuerzas o para pesar objetos. El di-

nammetro tradicional, inventado por Isaac Newton, basa su funcionamiento en el estiramiento de unresorte que sigue la ley de elasticidad de Hooke en el rango de medicin.

Estos instrumentos constan de un muelle, generalmente contenido en un cilindro que a su

vez puede estar introducido en otro cilindro. El dispositivo tiene dos ganchos o anillas, uno en cada

extremo. Los dinammetros llevan marcada una escala en el cilindro hueco que rodea el muelle. Al

colgar pesos o ejercer una fuerza sobre el gancho exterior, el cursor de ese extremo se mueve sobre la

escala exterior, indicando el valor de la fuerza.

Figura 3.7.3: Dinamometro

3.7.2 VASO DE PRECIPITADO

Un vaso de precipitado es un recipiente cilndrico de vidrio borosilicatado fino que se uti-

liza muy comnmente en el laboratorio, sobre todo, para preparar o calentar sustancias y traspasar

lquidos. Son cilndricos con un fondo plano; se les encuentra de varias capacidades, desde 1 ml hastade varios litros. Normalmente son de vidrio, de metal o de un plstico en especial y son aqullos cuyo

objetivo es contener gases o lquidos. Tienen componentes de tefln u otros materiales resistentes a

la corrosin.

Suelen estar graduados, pero esta graduacin es inexacta por la misma naturaleza del ar-

tefacto; su forma regular facilita que pequeas variaciones en la temperatura o incluso en el vertido

pasen desapercibidas en la graduacin. Es recomendable no utilizarlo para medir volmenes de sus-

tancias, ya que es un material que se somete a cambios bruscos de temperatura, lo que lo descalibra y

en consecuencia nos entrega una medida errnea.


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Figura 3.7.4: Vaso precipitado

3.7.3 BALANZA

La balanza es un instrumento que sirve para medir la masa de los objetos. Es una palanca de

primer grado de brazos iguales que, mediante el establecimiento de una situacin de equilibrio entre

los pesos de dos cuerpos, permite comparar masas. Para realizar las mediciones se utilizan patrones de

masa cuyo grado de exactitud depende de la precisin del instrumento. Al igual que en una romana,

pero a diferencia de una bscula o un dinammetro, los resultados de las mediciones no varan con la

magnitud de lagravedad.

El rango de medida y precisin de una balanza puede variar desde varios kilogramos (con

precisin de gramos), en balanzas industriales y comerciales; hasta unos gramos (con precisin demiligramos) en balanzas de laboratorio.

Figura 3.7.5: balanza


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4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

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4.0.4 RESULTADO DE LAS MEDIDAS

MO=17,35g(masa del recipiente)

masa W del aire W agua Empuje Vol + vaso masa desalojada del agua empuje

M(g) Fgl(N) Fgw(N) FA(N) m1(g) mw(g) fw(N)

50 0.68 0.58 0.1 25.72 5.6 0.0821120 1.18 0.99 0.19 33.52 17.52 0.159

170 1.67 1.42 0.25 41.2 26.62 0.234

Fgl(N) Fgw(N) Fgl(N)-Fgw(N) = FA(N)

0.68 0.58 0.1

1.18 0.99 0.19

1.67 1.42 0.25

vol + vaso masa vaso masa del agua desalojadam1(g) m vaso m1 - m vaso = mw(g)

25.72 17.35 8.37

33.52 17.35 16.17

41.2 17.35 23.85

Empuje

mw(g)/1000 gravedad (mw(g)/1000)(gravedad)=fw(N)

0.00837 kg 9.81 0.0821

0.01617 kg 9.81 0.159

0.02385 kg 9.81 0.234

4.0.5 EVALUACIN

1. Halle la diferencia de la fuerza por peso de las masas de aire y en el agua, y anota los resultados

en FA, en la parte izquierda de la tabla.

2. Calcule el volumen de agua desalojada, por la diferencia m1m0= mw y a partir de esta

diferencia, con g =9,81m/s2 , la fuerza F w. Complete con los resultados la parte derecha de

la tabla.

3. La fuerza de FA se denomina Empuje. Es evidente que se puede determinar por dos mtodos.

Describe estas dos posibilidades con tus propias palabras:


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CAPTULO 4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

PARTE EXPERIMENTAL 1: SE OBTIENE A PARTIR de la diferencia entre el peso del

objeto en el aire y el peso del objeto sumergida en el agua sostenindola por medio de un

dinammetro obtenindose el empuje.

SE OBTIENE A PARTIR de la diferencia entre el peso del objeto en el aire y el peso del objeto

sumergida en el agua sostenindola por medio de un dinammetro obtenindose el empuje.

PARTE EXPERIMENTAL 2: El objeto se sumerge en un recipiente conteniendo agua hasta

el ras, este rebalsa en un recipiente luego se pesa el lquido desalojado y se le resta el peso del

recipiente, a este resultado se le convierte a kilogramos y se le multiplica por la gravedad

obtenindose el empuje.

4. Qu efecto produce el empuje sobre un cuerpo sumergido?

Cuando un objeto se encuentra sumergido o parcialmente sumergido en un fluido, el lquido

presiona sobre el objeto. Aparecen entonces fuerzas perpendiculares a la superficie del objetoy como la presin ejerce con la profundidad, la parte inferior del objeto recibe ms fuerza

que la parte superior. El resultado de todas estas fuerzas es una vertical, dirigida hacia arriba

denominada EMPUJE.

5. Expresa con frmulas los dos mtodos para determinar el empujeFA:

Diferencia entre el peso del objeto en el aire y el peso del objeto sumergida en el agua .

Fgl(N)Fgw(N) =FA(N)

Masa del lquido sumergible, convertirlo a kilogramos y multiplicarlo por la gravedad

mw(g)/1000)(gravedad) = f w(N)

4.1 EJERCICIO COMPLEMENTARIO

1. Cundo flota un cuerpo, y cuando se hunde?

SE HUNDE:Si la densidad del cuerpo es mayor que la del fluido, el cuerpo tiene un peso

mayor al peso del fluido que desaloja, y entonces se hunde hasta llegar al fondo.

Figura 4.1.1: Esfera sumergida en agua


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Fg>E

mg>lgVp.s

es f>lgVp.s;

pero;Ves f= Vp.s

c> l

Si un cuerpo tiene mayor densidad que el fluido donde se sumerge entonces queda completa-

mete sumergido.Demostraremos lo mencionado.

FLOTA:Si la densidad del cuerpo es menor que la del fluido, el cuerpo tiene un peso menor al

peso del fluido que desaloja, entonces el cuerpo sube hasta la superficie y flota semisumergido.

Figura 4.1.2: Esfera parcialmete sumergida

Fg


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E= Ff g

del resultado anterior:

c= l

2. Expresarlo con frmulas:

(cuerpo)>(f luid o)

(cuerpo)

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