INFORME DE DESARROLLO DEL LABORATORIO DE FLUIDOS, TEORIA DE ARQUIMEDES

Daniela Lindo Galvis1

Resumen

Se realizo un estudio practico acerca de la teoría de los fluidos vista con anterioridad en la clase, para entender mucho mejor la aplicación de estas propiedades y esta teoría en especial, la de Arquímedes. Se utilizaron dos tipos de fluidos, de características y propiedades distintas entre sí, pero los objetos sumergidos en ambos líquidos fueron los mismos, de características y propiedades iguales entre sí para así poder establecer una diferencia real entre lo que ocurría en cada uno de los líquidos realizando el mismo proceso cuatro veces con un volumen constante de liquido pero cambiando los objetos en cada caso, por lo tanto los datos tanto de los líquidos como de los objetos cambiaban. En el proceso experimental se obtuvieron los datos exactos como; la masa de los objetos (las pesas) que se usaban para irrumpir el liquido mediante el dinamómetro, pero también hubo datos que requirieron de un cálculo externo para así poderlos concluir como lo era el peso de las pesas que se usaron (ya que debe darse en [N] que es la medida del peso). Fue necesario despejar formulas y realizar conversiones para obtener los datos necesarios en la práctica experimental, con todos los datos obtenidos que se requerían en el experimento se comienza entonces a resolver el informe de laboratorio donde se relacionaran los resultados de la practica con cada uno de los aspectos que fueron aplicados, como al principio fue dicho, la teoría de Arquímedes y el actuar de los fluidos.

Palabras claves:

Fluidos, principio de Arquímedes, practica aplicada, datos constantes, variables.

1 Estudiante del colegio, ASPAEN LICEO TACURI de Santiago de Cali, realizando el informe de laboratorio I sobre la teoria de fluidos y el principio de Arquimedes para la asignatura de fisica. Noviembre 28 de 2011.

I.OBJETIVOS

Identificar la forma aplicativa de la teoría de los fluidos y el principio de Arquímedes.

Aplicar las ecuaciones básicas y despejarlas adecuadamente para así resolver la incógnita.

Realizar la practica experimental y reconocer las variables y las constantes de cada uno de los casos.

Entender y redactar lo que se realizo en la práctica, demostrando como las teorías son aplicativas a la vida real.

II. INTRODUCCION

En este acto experimental se tenía como principal objetivo conocer la manera en la que las teorías nombradas anteriormente, teoría de acción de fluidos y el principio de Arquímedes se podían ver aplicadas y desarrolladas en la vida real, utilizando entonces fluidos de uso cotidiano en volúmenes iguales como el agua y el vinagre que tienen propiedades y características de carácter físico distintas entre sí, como el olor, su color (la claridad de cada uno de estos) ya que el vinagre es mas turbio que el agua, y sus propiedades distintas como su acidez o su densidad. Se utilizaron como objetos (pesas de laboratorio) cada una con un peso distinto, así solo dejando como constante el volumen de cada fluido en la práctica.

Para el desarrollo efectivo del experimento se utilizaron probetas en lugar de beakers puesto que estas tienen unas magnitudes de medida mucho mas exactas y esto hacia mucho más eficaz el reconocer cuanto volumen de agua había sido desplazado por el objeto (la pesa). La práctica se dividió en cuatro casos distintos para el fluido como el agua y un único caso para el vinagre, donde en cada caso se sumergía una pesa distinta, con una masa distinta

cambiando así las otras variables que se debían desarrollar en el experimento.

Para cada uno de los casos había datos exactos, dados por un medidor como en el caso de la masa [g] de las pesas que eran medidas por el dinamómetro específicamente o el volumen de agua desplazada [ml] en el que la pipeta mostraba mediante la medida establecida en este el volumen que se aumentaba al sumergir la pesa; pero también habían datos que necesitaban ser despejados, mediante formulas o conversiones como en el caso del peso [n] de la pesa, en el que se tenía un valor conocido que era la masa de estas y se realizaba la conversión respectiva para conocer el nuevo valor. Lo mismo se realizo con el vinagre, pero en un solo caso, con el objetivo de identificar la diferencia entre cada uno de los fluidos utilizados.

Al finalizar el proceso práctico y la recolección de datos se comenzara con el desarrollo conceptual de la práctica, puesto que se expondrán los conceptos de lo que se realizo durante el experimento, las razones por las que se utilizaron las distintas formulas, y se demostrara cómo cada una de estas puede aplicarse a un fluido cualquiera, junto con un objeto cualquiera siempre y cuando se conozcan los datos básicos de cada uno de estos y fundamentales en el experimento como, el volumen [V] del fluido y el peso [N] del obejto.

III. BASE TEORICA

Para poder realizar este informe es necesario primero conocer los conceptos que se aplicaron experimentalmente en el desarrollo de la practica y saber qué aspectos son los que desarrollaron y en qué forma durante todo el proceso, para comenzar se han de definir los conceptos principales de toda la práctica y en los

que se realizo el trabajo respectivamente.

Fluidos los fluidos se dividen en dos clases: los líquidos y los gases, en el caso de los líquidos, estos se caracterizan por ocupar un volumen definido independiente del volumen del recipiente que lo contiene, también son bastante incompresibles y en la gran mayoría de las aplicaciones se puede suponer que su densidad es constante.(1)

Por otra parte se encuentra la teoría o el principio de Arquímedes que encuentra su relación con los fluidos ya que está basada en la acción que estos tienen, definiendo su teoría así: Al sumergir un cuerpo parcial o totalmente en un fluido aparece una fuerza llamada empuje que actúa sobre el cuerpo y apunta en la dirección opuesta a la gravedad. La magnitud del empuje es Fe = ρgV, donde ρ es la densidad del fluido y V es el volumen del fluido que fue desplazado por el cuerpo.(2)

Habiendo ya definido los conceptos principales de toda la práctica se puede definir aquellos conceptos que ayudaron al desarrollo de esta, como en el proceso experimental el dinamómetro instrumento utilizado para medir fuerzas o para pesar objetos. El dinamómetro tradicional, inventado por Isaac Newton, basa su funcionamiento en la elongación de un resorte que sigue la ley de Hooke en el rango de medición. Al igual que una báscula con muelle elástico, es una balanza de resorte. Existen dinamómetros diseñados para diversas aplicaciones. Una de ellas es la de pesar, es decir, para medir el peso de algo y por equivalencia determinar su masa.(3)

(4)

Dinamómetro con una escala de [N] néwtones estableciendo la masa de una manzana, en este caso directamente el peso, ya que su medida está en [N] , puede haber dinamómetros de escalas distintas como [g] o [kg]

Así conociendo entonces los términos más complejos y los desconocidos es como puede desarrollarse mucho mejor el informe de laboratorio de esta práctica sobre fluidos.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En este laboratorio se realizo toda la práctica en torno a una tabla de datos compuesta de cuatro casos para un respectivo líquido, en este caso el agua, en la grafica únicamente se podían conocer dos tipos de datos experimentalmente. Para encontrar esos datos se utilizaron:

Masa [g] del objeto dinamómetro [g]

Volumen del liquido (agua) se trabajo constante en 50 ml. probeta [100 ml]

Volumen del líquido (agua) desplazado probeta [100 ml]

(5)

Probeta de vidrio en medida de [ml], 100 ml en este caso, puede haber probetas de muchos otros tipos, materiales distintos, o medidas distintas hasta 50cm3 etc.

Al tener esos datos exactos y ya obtenidos por un medidor especifico se aplicaron entonces las conversiones y formulas conocidas en la clase antecesora de la aplicación práctica, los datos que debieron ser hallados fueron algunos como: el peso de las pesas el cual se determino por la masa que había se obtuvo del dinamómetro y la respectiva conversión.

30[g] (1[N]/1000[g]) = 0.3 [N]

Estos valores de conversión, eran anteriormente conocidos o se hiso referencia al libro guía para conocerlas, pues son datos establecidos. Al igual que para averiguar y determinar la masa del liquido (agua) desplazado con la que se aplico una formula básica de densidad en la que los datos eran

conocidos ya que estaban establecidos previamente.

Solo se había obtenido el volumen del liquido desplazado experimentalmente, y se debía averiguar entonces la masa conociendo la formula y los datos.

Dagua= Magua/ Vagua

Conociendo entonces la densidad del agua como una constante [1gr/ml] y el volumen desplazado obtenido, por ejemplo 4ml, entonces se debía despejar masa, así.

Magua= DaguaxVagua

Magua= [1gr/ml]x[4ml]

Magua= 4[g]

A continuación en la tabla se mostraran todos los datos obtenidos en los cuatro distintos casos aplicados al agua, en negrilla están los obtenidos experimentalmente y en cursiva los obtenidos mediante formulas.

Tabla de datos, acción de fluidos (agua) cuatro casos respectivos:

Objeto Masa[g] Peso[N] Vad[ml] Mad[g] Pad[N]

1 30[g] 0.3[N] 4[ml] 4[g] 0.04[N]

2 55[g] 0.55[N] 8[ml] 8[g] 0.08[N]

3 105[g] 1.05[N] 14[ml] 14[g] 0.14[N]

4 50[g] 0.5[N] 6[ml] 6[g] 0.06[N]

Después de obtener los respectivos datos del agua y sus cuatro casos se realizo un caso especifico con el mismo volumen de vinagre, utilizando las mismas medidas del objeto para así comparar como era la acción de cada uno de los fluidos sometidos a condiciones iguales (volumen y objeto sumergido igual entre sí). A continuación la tabla de datos del vinagre

Tabla de datos acción de fluidos (vinagre) un caso respectivo comparación con tabla de datos del agua:

Objeto Masa[g] Peso[N]

Vad[ml] Mad[g] Pad[N]

3 105[g] 1.05[N] 13[ml] 13[g] 0.13[N]

Es así como finaliza la parte experimental del laboratorio, después de haber tomado los datos respectivos y haber concluido con datos no presentes.

V. RESULTADOS Y ANALISIS DE LOS RESULTADOS

Los resultados obtenidos en durante este proceso experimental como ya se ha dicho anteriormente han sido mediante instrumentos específicos del laboratorio y mediante aplicación pro formulas por parte de las estudiantes; primero se analizaran los resultados obtenidos de forma netamente experimental como lo fueron la MASA[g] de cada uno de los objetos sumergidos y el VOLUMEN DEL LIQUIDO DESPLAZADO [ml] en este caso el agua y el vinagre.

No sobra decir que cada uno de los resultados obtenidos experimentalmente tiene un margen de error, pues puede haberse dado el caso de que alguna de estas medidas fuera tomada mal, en cada uno de los casos, pero este margen de error no afecta al desarrollo efectivo del resto del experimento, lo importante es que los resultados sean coherentes entre sí más que todo hablando de los resultados obtenidos por las estudiantes.

Para obtener la masa [g] de cada uno de los objetos se necesito el dinamómetro, el cual tenía una escala en [g] (por lo que para saber el peso se debía hacer un cálculo extra) los resultados obtenidos en cada uno de los casos realizados fueron siempre coherentes entre sí, esto se refiere a que la pesa más grande,

tenía la masa más grande y todo estaba en medidas proporcionales entre si, la menor tenía una masa menor y por consecuencia un peso menor que una pesa evidentemente mas grande.

En cuanto al volumen del liquido desplazada, está claro que para ambos líquidos (agua y vinagre) se tomo la misma cantidad y se repartió en probetas de medidas iguales, en cuanto a los resultados estos también eran coherentes en cada caso y fueron mucho más fáciles de observar con las medidas de la probeta que se tenía, pues las divisiones estaban mucho mejor definidas entre sí.

Fue fácil también identificar que el volumen del agua siempre iba a aumentar, poco o mucho pero aumentaba , jamás se iba a reducir pues se le estaba adicionando un objeto que hacía que este liquido se desplazara y por lo tanto ocupara otro espacio distinto al que el sólido ya estaba ocupando.

Por ejemplo, teníamos 50ml de agua y al introducir el objeto 1 con una masa de 30[g] el volumen aumentaba en 4 ml quedando en 54ml por lo tanto se había desplazado 4ml respectivamente.

En cuanto a los resultados aplicados estos dependían del conocimiento de variables externas al experimento pero establecidas (que se debían conocer o se podían averiguar) como la densidad del agua o la del vinagre que son constantes lo que facilito el desarrollo de las operaciones aplicadas por las estudiantes, como se ha mostrado en el procedimiento se vio que se debieron utilizar ecuaciones y conversiones básicas y simples lo que también facilito el buen desarrollo del experimento.

Las ecuaciones y conversiones utilizadas en el caso 1 como ejemplo fueron:

30[g] (1[N]/1000[g]) = 0.3 [N]

Para poder encontrar el peso de cada una de las pesas se utilizo esta misma conversión, solo se debían cambiar los datos de la masa, por los obtenidos en cada caso.

Para encontrar la masa desplazada del agua se uso una ecuación básica y se implemento el despeje de esta para encontrar una de las variables involucradas.

Tomando como ejemplo de nuevo el caso 1 los datos y la ecuación utilizada fue:

Dato constante Dagua: 1[g]/[ml]

Dato experimental: 4[ml] agua

Dagua= Magua/ Vagua

Y el despeje que se realizo fue:

Magua= DaguaxVagua

Magua= [1gr/ml]x[4ml]

Magua= 4[g]

Todo estos datos debieron ser buscados pues así se entendería como los fluidos actuaban frente al principio de Arquímedes y como se resolvía la incógnita de fuerza de empuje experimentalmente, por lo que todos los cálculos obtenidos y los datos experimentales también extraídos llegan a una misma conclusión, que para cada peso distinto la fuerza de empuje de un mismo liquido, nos será la misma, por lo que esta fuerza de empuje depende directamente de la densidad del liquido y el peso al que se someta.

Además se entendió que hay datos que pueden ser conocidos de forma directa gracias a instrumentos específicos que facilitan el proceso de estos datos y que a partir de estos datos se obtienen unos datos secundarios por medio de formulas establecidas.

VI. CONCLUSIONES

En conclusión y después de haber realizado tanto la parte experimental como la conceptual, se puede decir principalmente que un fluido (liquido) ciertamente actúa distinto cuando un objeto de cualquier tipo y peso está presente en este, y se vio experimentalmente al meter las pesas de diferentes pesos en el agua, en los cuatro casos esta actuó siempre con respecto al volumen que había sido desplazado, haciendo entonces que su masa y peso desplazado estuvieran relacionados con el volumen de esta que había sido desplazado. Actuando diferente a como actúa cuando ningún objeto esta irrumpiendo en el.

Por otra parte se puede concluir que distintos fluidos líquidos aunque estén sometidos a variables iguales (peso del objeto sumergido y volumen del líquido) nunca actuaran de la misma forma. Y esto se debe a que aunque sus variables sean iguales estas no hacen que sus propiedades cambien (jamás serán iguales entre dos fluidos líquidos distintos), en el caso del agua y del vinagre, no tienen una densidad igual lo que genera un cambio experimental así se estén sometiendo al mismo caso; cómo podemos ver en las tablas respectivas de arriba.

Por último se establece una relación entre lo conceptual y lo práctico donde se puede ver que el procedimiento realizado durante la práctica está totalmente relacionado con los la teoría de Arquímedes en donde se establece que un liquido tiene una fuerza de empuje y esta está definida como la fuerza de desplazamiento que tiene un liquido cuando un objeto es sumergido dentro de este. Y se puede observar que durante toda la práctica se estuvo analizando como encontrar esta

fuerza de empuje mediante la observación de datos. Utilizando las formulas básicas que nos llevaron a esta.

Y para finalizar se ha llegado a la conclusión general de que la física es una ciencia aplicativa, se necesita aplicar los conocimientos y observar como estos varían para así aprender a manejarlos, los conceptos físicos siempre tendrán una aplicación de cualquier tipo en la vida cotidiana del ser humano y es por esto importante que este aprenda a desarrollarlos y analizarlos, proceso que se ha desarrollado a lo largo de toda esta práctica experimental.

VII. BIBLIOGRAFIA

(1) http://fisica.ciencias.uchile.cl/ ~rferrer/cursos/12.pdf, Capitulo 12 Fluidos 12.1 conceptos preliminares.

(2) http://fisica.ciencias.uchile.cl/ ~rferrer/cursos/12.pdf, capitulo 12 Fluidos 12.3 principio de Arquímedes

(3) http://es.wikipedia.org/wiki/ Dinam%C3%B3metro, dinamómetro, aplicaciones

(4) http://www.google.com.co/ imgres?q=dinamometro&um=1&hl=en&sa=N&biw=1366&bih=600&tbm=isch&tbnid=KXbHOF35IoWQMM:&imgrefurl=http://forums.xkcd.com/viewtopic.php%3Ff%3D18%26t%3D14330%26view%3Dprevious&docid=EDkRSKSqNJGQSM&imgurl=http://www.cattolica.info/cultura/fisica/biblioteca/strumenti/images/dinamometro.gif&w=175&h=341&ei=urXSTqW1Bozmggf-zOiiDQ&zoom=1, imágenes/ dinamómetro

(5) http://www.google.com.co/ imgres?q=probetas&um=1&hl=en&sa=X&biw=1366&bih=600&tbm=isch&tbnid=LC5GcqIZWJaR0M:&imgrefurl=http://es.unsbiz.com/companySite/findGoods.do%3Fmethod%3Ddetail%26id%3D213953%26flag%3D0&docid=WL8-DDtrXaEBeM&imgurl=http://es.unsbiz.com/MOUNT/ES/upload/supply/2009/02/18/1D4B3C69FD9DD52A9EEEEFBA6C9D88FD_1234928073246827.jpg&w=400&h=829&ei=KbnSTp7WAYTMgQf5hIifDQ&zoom=1&iact=hc&vpx=968&vpy=82&dur=1398&hovh=323&hovw=156&tx=101&ty=192&sig=115346279238200334392&page=1&tbnh=128&tbnw=70&start=0&ndsp=24&ved=1t:429,r:5,s:0, imágenes/ probeta