INFORME DE LABORATORIO No 1

ESTATICA DE FLUIDOS

ALDANA CUESTAS HAROLD ANDRES

Presentado a .

Gerardo Garavito Garavito

UNIVERSIDAD DE AMERICA

FISICA II

INGENIERIA DE PETROLEOS

BOGOTA, COLOMBIA 29 DE MARZO DE 2011

OBJETIVO GENERAL

Verificar la Ecuación fundamental de la estática de fluidos y comprobar el Principio de Arquímedes

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Analizar el comportamiento de dos fluidos en un tubo en “U”. Reconocer la presencia de la presión atmosférica sobre un liquido. Calcular la presión manométrica dentro de un fluido. Comprobar la ecuación fundamental de la estática de fluidos. Verificar experimentalmente la existencia del empuje o fuerza de flotación que

sufre un cuerpo sumergido en un líquido. Comparar el empuje que recibe un cuerpo al sumergirse en líquidos

diferentes. Determinar la densidad de sólidos aplicando el Principio de Arquímedes.

MARCO TEORICO

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

Este principio establece que, si un cuerpo esta parcial o totalmente sumergido en un fluido, este ejerce una fuerza hacia arriba sobre el cuerpo igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo.

APLICACIONES:

Si un globo flota en equilibrio en el aire, su peso (incluido el gas en su interior) debe ser igual al del aire desplazado por el globo.

La carne de un pez es mas densa que el agua, sin embargo, el pez puede flotar mientras este sumergido porque tiene una cavidad llena de gas dentro de su cuerpo

Otra de las aplicaciones del Principio de Arquímedes es el hidrómetro que se utiliza para medir la densidad de los líquidos. El flotador calibrado se hunde en el fluido hasta que el peso del fluido que desplaza es exactamente igual a su propio peso. El hidrómetro flota mas alto en los fluidos mas densos que en los líquidos menos densos y tienen una escala que permite leer directamente el valor de la densidad

DENSIDAD

Una densidad importante de cualquier material es su densidad que se define como su masa por unidad de volumen. Un material homogéneo, como el hielo o el hierro, tiene la misma densidad en todas sus partes. Usamos la letra griega ρ (rho) para denotar la densidad. Si una masa m tiene un volumen V, la densidad ρ esta dada por:

ρ=mv

TABLA DE DENSIDADES

PRESION ATMOSFERICA

Es la presión ejercida por el aire atmosférico en cualquier punto de la atmósfera.

Normalmente se refiere a la presión atmosférica terrestre, pero el término es

generalizable a la atmósfera de cualquier planeta o satélite.

La presión atmosférica en un punto coincide numéricamente con el peso de una

columna estática de aire de sección recta unitaria que se extiende desde ese punto

hasta el límite superior de la atmósfera. Como la densidad del aire disminuye

conforme aumenta la altura, no se puede calcular ese peso a menos que seamos

capaces de expresar la variación de la densidad del aire ρ en función de la altitud z o

de la presión p. Por ello, no resulta fácil hacer un cálculo exacto de la presión

atmosférica sobre la superficie terrestre; por el contrario, es muy fácil medirla.

La presión atmosférica normalizada, 1 atmósfera, fue definida como la presión

atmosférica media al nivel del mar que se adoptó como exactamente 101 325 Pao

760 Torr. Sin embargo, a partir de 1982, la IUPAC recomendó que se trata de

especificar las propiedades físicas de las sustancias "el estándar de presión" debía

definirse como exactamente 100 kPa o (≈750,062 Torr)

PRESION MANOMETRICA

Es la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica

tan solo en aquellos casos en los que la presión es superior a la presión atmosférica.

Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan la presión

atmosférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presión real o

absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica.

Los aparatos utilizados para medir la presión manométrica reciben el nombre

de manómetros y funcionan según los mismos principios en que se fundamentan

los barómetros de mercurio y los aneroides. La presión manométrica se expresa bien

sea por encima o por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven

para medir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manómetros de vacío

o vacuómetros.

PRESION ABSOLUTA

En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que se mide con el manómetro).

PROCEDIMIENTO

PRIMERA PARTE

1. Utilizando un tubo en forme de U, deposite agua que no supere la tercera parte de las ramas verticales del tubo y compare sus alturas

2. Vierta un poco de aceite en una de las ramas del tubo (como se indica a continuación) ¿Qué se observa? Explique

3. Marque sobre el tubo los puntos 1 y 2 al mismo nivel. Mida las alturas H y h para calcular las presiones P1 y P2.

4. Complete 5 datos de H y h agregando aceite para cada medición5. Realice el análisis de los datos

SEGUNDA PARTE

1. Empleando un dinamómetro mida el peso (dinas) de un objeto, luego sin suspenderlo del dinamómetro sumerja el cuerpo en agua dentro de una probeta y registre su peso

2. Con la ayuda de la probeta mida el volumen de agua desplazado por el cuerpo y calcule el peso de la cantidad de agua desplazada

3. Encuentre la fuerza de empuje (E) haciendo la diferencia del peso en el aire y el peso e el agua

4. Cambie tres veces de objeto y repita el procedimiento 5. Compare el peso del agua desalojada y la fuerza de empuje 6. Realice el análisis de los datos7. Cambie el agua por aceite, repita el procedimiento anterior para los mismos

tres objetos y completa la tabla8. Compare la fuerza de empuje del agua con la del aceite ¿Cuál es mayor?,

¿Por qué?.9. A partir de los datos de la ultima tabla calcule la densidad del aceite.

RESULTADOS

PARTE 1

Se sabe que para hallar la Presión (P) de un punto es necesario aplicar la formula.

P= ρgh

Tomando diferentes mediciones de la altura se obtuvieron los siguientes datos

H(m) h(m) P1 (N/m2) P2 (N/m2)0,035 0,0308 291,55 301,840,0564 0,0469 459,812 469,620,0924 0,0786 769,69 770,280,0942 0,0798 784,68 782,040,1141 0,0962 950,45 942,76

Inicialmente las presiones registradas en el punto 2 son mayores, puesto que la altura h es mayor que la H, siendo la altura directamente proporcional a la Presión manométrica, cuando la altura H se hace mayor la Presión manométrica aumenta en el punto 1.

PARTE 2

Para hallar el peso (W) de un cuerpo en dinas es necesario desarrollar la siguiente operación

W=m (gr )∗g ( cms2

)

En esta parte del laboratorio fue necesario calcular la fuerza de empuje realizada por 3 objetos, con masa diferente

A la hora de calcular la fuerza de empuje se aplica la siguiente formula

E=ρH2OVg

Partiendo de las formulas mencionadas anteriormente se obtienen los siguientes resultados:

MASA DEL

CUERPO(g)

PESO EN EL AIRE

(DINAS)

PESO EN EL AGUA

(DINAS)

VOLUMEN DE AGUA

DESALOJADO(cm3)

PESO DEL AGUA

DESALOJADA(DINAS)

EMPUJE

100 98000 78400 13 12740 1274044 43120 34300 4 3920 392050 49000 44100 7 6860 6860

Con los resultados obtenidos anteriormente podemos notar cómo se cumple el Principio de Arquímedes, “La fuerza de empuje es igual al peso del fluido desplazado”.

A continuación se mostraran los resultados obtenidos realizando los mismos pasos, pero en esta ocasión se cambia el agua por Aceite mineral.

MASA DEL

CUERPO(g)

PESO EN EL AIRE

(DINAS)

PESO EN EL AGUA

(DINAS)

VOLUMEN DE AGUA

DESALOJADO(cm3)

PESO DEL AGUA

DESALOJADA(DINAS)

EMPUJE

100 98000 78400 12,5 10412,5 10412,544 43120 34300 4 3332 333250 49000 44100 7 5831 5831

Se verifica de nuevo con Aceite, la veracidad del Principio de Arquímedes.

6) Compare la fuerza de empuje del Agua con la fuerza de empuje del Aceite. ¿Cuál es mayor?, ¿Por qué?

R/ La fuerza de empuje realizada por el Agua fue mayor que la del Aceite, debido a que esta fuerza es directamente proporcional a la densidad, entre menor sea la densidad de un fluido menor va a ser la fuerza de empuje realizada.

7) A partir de la última tabla calcule la densidad del Aceite. Explique el procedimiento

R/ Sabiendo que la formula de densidad es :

ρ=mv

Sabemos que la masa de Aceite desplazado es igual a:

m=Wg↔10412,5dinas

980cm / s2

m=10,625 g

Obteniendo el valor de la masa y con el conocido valor del volumen desplazado es posible hallar el valor experimental de la densidad del aceite

ρ=mv↔10,625 g

12,5cm3

Por lo tanto el valor obtenido, para la densidad del Aceite es:

ρ=0,85 gcm3

8) Analice y responda las siguientes preguntas

a) Un trozo de hielo flota dentro de un recipiente con agua. Al descongelarse el hielo que pasa con el nivel del agua?

Al descongelarse el hielo el nivel del agua subirá, puesto que aumentara el volumen del fluido

b) ¿Cómo hizo Arquímedes para demostrar que la corona del rey no era de oro?

Mientras tomaba un baño, notó que el nivel de agua subía en la tina cuando entraba, y así se dio cuenta de que ese efecto podría usarse para determinar el volumen de la corona. Debido a que la compresión del agua sería despreciable,4 la corona, al ser sumergida, desplazaría una cantidad de agua igual a su propio volumen. Al dividir la masa de la corona por el volumen de agua desplazada, se podría obtener la densidad de la corona. La densidad de la corona sería menor si otros metales más baratos y menos densos le hubieran sido añadidos. Entonces, Arquímedes salió corriendo desnudo por las calles, tan emocionado estaba por su descubrimiento para recordar vestirse, gritando "¡Eureka!" (en antiguo: significa "¡Lo he encontrado!)"

c) Se puede calcular la densidad de un sólido conociendo su volumen y su masa o también por Principio de Arquímedes. ¿Cuál de estos procedimientos en la práctica es más preciso?

Posiblemente por la formula directa de densidad sea más preciso calcular la densidad de un sólido, puesto que el Principio de Arquímedes tiene ciertas falencias, entre ellas, al sumergir un solido en un fluido, este fluido puede llegar a tener pequeñas cantidades de otros materiales, lo que puede llegar a alterar levemente los resultados finales.

CONCLUSIONES

Se calculo la presión manométrica de dos fluidos (Agua y Aceite),y se comprobó como afectaba directamente la densidad de los fluidos a la hora de obtener los resultados

Se comprobó la veracidad del Principio de Arquímedes, tomando varios resultados experimentales con dos fluidos como el Agua y el Aceite

Se pudo calcular la densidad relativa del aceite, con resultados obtenidos en laboratorio

Se demostró que entre menor sea la densidad de un fluido menor será la fuerza de empuje ejercida por este.

BIBLIOGRAFIA

http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes http://fisica.laguia2000.com/conceptos-basicos/presion-manometrica http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica Física Universitaria Vol.1. Decimosegunda Edición. Sears, Zemansky,

Pearson Educación, México, 2009, Cap. 14, Pág. 456-475 Física para ciencias e Ingeniería con Física Moderna, Raymond, A

Serway, Sexta Edición Vol. 1, Cap. 14, Pág. 420-436