Instituto Politécnico Nacional
Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos n° 17 Física ll
Unidad Académica no. 1 Laboratorio de Física 1
Práctica l: HIDROSTÁTICA Practica I.I Capilaridad Practica II.I Principio de Arquímedes
Carrera técnica: Comercio Internacional Grupo: 4IM11
Integrantes: Albarrán Acosta Juan Manuel - Lm10-388@hotmail.com Calderón González Armando- A_Calderon_Gonzalez@hotmail.com Martínez Guzmán Víctor Alejandro - AkiroxZaiwan@hotmail.com Plascencia Sánchez María José Porras Noriega Fátima Abigail - abiporrasnoriega@hotmail.com
Introducción La Hidrostática es un tema de mucho interés e importancia dentro de la Física ya que es la que estudia los líquidos en reposo, algo que siempre se utiliza y que normalmente no se tiene idea de que el peso de los fluidos es el que puede cambiar totalmente el peso de cualquier objeto. En este trabajo se pretende demostrar las propiedades que tiene la Capilaridad, demostrando de tal forma que podamos entender que el diámetro interno de algún objeto puede ser un gran factor que contribuye a un cambio. Asimismo se pretende demostrar que el Principio de Arquímedes sea real o no y de qué manera le afecta a los objetos, tomando en cuenta todos los métodos que se deben de llevar a cabo y finalizando con las fórmulas matemáticas que se necesitan para comprobarlo. Para realizar el presente trabajo se realizaron dos experimentos en los cuales pusimos a prueba ambos temas y así pudimos llegar a una conclusión concreta de cómo se cumple este principio de Arquímedes o las propiedades de la Capilaridad.
Objetivos ✓ Conocer las propiedades de la Capilaridad. ✓ Aprender a reconocer cómo y de qué manera afecta a un objeto su diámetro interno en la capilaridad. ✓ Aprender a diferenciar los diferentes pesos de distintos objetos. ✓ Determinar los pesos de distintos objetos en el aire e identificar de qué manera les afectan los líquidos. ✓ Demostrar la fuerza de empuje de los objetos. ✓ Utilizar diversos artefactos específicos para las mediciones. ✓ Trabajar en equipo para determinar dichos problemas.
Marco teórico Dado que este trabajo se centrará en el tema de Hidrostática, resulta fundamental dar cuenta de la definición que aquí se les atribuye. Para empezar la hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; analiza las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas. La hidráulica se divide en dos partes: la hidrostática, encargada de lo relacionado con los líquidos en reposo, y la hidrodinámica, que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento. La hidrostática tiene por objetivo estudiar a los líquidos en reposo. Se fundamenta en leyes y principios como el de Arquímedes, Pascal, o la paradoja de Stevin, mismos que contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por los fluidos y al estudio de sus características generales. Las características de los líquidos son: Viscosidad, Tensión Superficial, Cohesión, Adherencia y Capilaridad. En este trabajo nos interesa especialmente la capilaridad, la cual se presenta cuando existe un contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados. Y también el Principio de Arquímedes, el cual dice que “todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado”. [FÍSICA GENERAL, HÉCTOR PÉREZ MONTIEL TERCERA EDICIÓN] También es importante saber que dentro de este trabajo se utilizarán fórmulas matemáticas que nos ayudarán a llegar a los resultados correctos. Utilizaremos la fórmula de la fuerza de empuje que es igual al Peso del objeto en el aire menos el peso del objeto en el determinado líquido.
PRÁCTICA l.l CAPILARIDAD Material: ✓ ✓ ✓ ✓
Vaso de precipitado plástico, de 100ml. Tubos de capilaridad (juego de 3, c/u con un diámetro interno distinto). Colorante rojo en polvo. Agua.
MĂŠtodo: 1. Se llena con agua el vaso de precipitado a una altura de 70 ml. 2. Se le agrega al agua un poco del colorante en polvo. 3. Se colocan los tres tubos dentro del vaso de precipitado uno al lado del otro de acuerdo a su diĂĄmetro interno. 4. Se dejan dentro del agua por algunos minutos para observar lo que sucede.
Datos: Al observar el nivel de agua en los tubos después de algunos minutos pudimos concluir lo siguiente: A. ¿Qué ocurre en los tubos? En cada uno de los capilares pudimos observar cómo el agua fue ascendiendo poco a poco de acuerdo a su diámetro interno. B. ¿El resultado tiene relación con el diámetro interno de cada tubo? Claramente sí, ya que como se mencionó anteriormente, dependiendo del diámetro interno de cada capilar, el líquido pudo ascender en mayor o menor cantidad. En el tubo del diámetro interno más reducido, el líquido ascendió más porque como ya se mencionó su diámetro interno era más pequeño que el diámetro interno de los otros dos capilares, por lo tanto, en el tubo que tenía un diámetro interno más amplio no ascendió mucho el agua. C. ¿Cómo se llama esta propiedad de los líquidos? Capilaridad, en la que se formó un menisco cóncavo.
PRÁCTICA ll.l PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Materiales: ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓
Alfiler de soporte Riel de soporte de 300mm Cabezal universal Cabezal redondo 2 Soportes de barra de 250mm 2 tapones para barra Tijeras Hilo o cuerda. Vaso de precipitado de 100ml Probeta graduada de plástico de 100ml Barra de soporte de 500mm Bloque hueco (Arquímedes) Bloque de aluminio Bloque de hierro Dinamómetro 2N Agua
Método: 1. 2. 3. 4.
La barra de 25cm se introduce a través del orificio del riel de soporte. La barra se fija por medio del tornillo estriado (con rosca). Los tapones para barra se montan en cada extremo de la barra. La barra de 50cm se conecta con la segunda barra de 25cm por medio del cabezal redondo y se sujeta verticalmente en el riel de soporte. 5. El cabezal universal (rectangular) con cojinete (es decir el alfiler de soporte) se monta en la parte superior de la barra. 6. El dinamómetro de 2N se cuelga del alfiler de soporte. 7. La probeta graduada se llena de agua hasta la marca de 80ml. 8. Observe que el bloque de aluminio encaja bien dentro del bloque hueco. 9. El bloque hueco podrá contener tanto líquido como desplace el bloque de aluminio (es decir el volumen de agua desalojada). 10. Con ayuda de un hilo el bloque de aluminio se colgará del dinamómetro.
Datos: A. La lectura del peso del bloque de aluminio en el aire registrada por el dinamรณmetro es de: 0,5 N
Se puede notar que el bloque de aluminio en el aire pesa 0,5 N
B. El bloque de aluminio se sumergirรก completamente en la probeta que tiene agua hasta la marca de 80ml. El peso reducido (aparente) registrado en el dinamรณmetro considerando la fuerza de empuje es de: 0,3 N
C. La fuerza de empuje es igual al Peso del objeto en el aire menos el peso del objeto en el agua. E= 0,2 N E= 0,5 N - 0,3 N = 0,2 N D. Para comprobar el resultado anterior consideremos que por definición la fuerza de empuje es igual al peso del fluido desalojado, se agrega agua en el bloque hueco desde el vaso de precipitado y se cuelga en el dinamómetro. La lectura registrada en el dinamómetro es de: 0,2 N
Para tener una idea más concreta sobre este tema, realizamos el mismo método con el bloque de hierro, en donde obtuvimos los siguientes resultados: E= Faire - Fagua E= 1,5 - 1,3 = 0, 2N En donde podemos observar que la fuerza de empuje es la misma que obtuvimos con el bloque hueco y con el bloque de aluminio, asimismo podemos notar que se cumple el Principio de Arquímedes.
Conclusión: El empuje es igual al peso del fluido desalojado.
Conclusión En la primera práctica que realizamos de la Propiedad de Capilaridad en donde en el vaso de precipitado pusimos agua y colorante rojo y metimos 3 capilares de distintos diámetros, pudimos observar que el capilar con el diámetro interno más pequeño fue donde ascendió más agua y pudimos deducir que se formó un menisco cóncavo en esta práctica y pudimos comprobarlo con otro ejemplo muy claro como el de las plantas, ya que tienen capilares muy pequeños para poder absorber toda el agua necesaria y poderse desarrollar adecuadamente.
En la segunda práctica donde pudimos observar el Principio de Arquímedes, montamos una superficie, la cual nos permitió poner el dinamométro, el cual permitió calcular los Newtons de dos bloques, uno de aluminio y otro de Hierro, en donde en cada uno de los bloques medimos los Newtons de cuando se encontraba suspendido en el aire y cuando la metíamos en una probeta con agua y en cada bloque nos daba una diferencia de 0,2 N de cuando la metíamos en el agua y cuando quedaba en el aire, fue ahí en donde pudimos comprobar el Principio de Arquímedes de la fuerza de empuje del agua, en donde claramente se pudo comprobar que el empuje es igual al peso del fluido desalojado, además de que se comprobó que todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado, dado que los dos bloque estaban totalmente sumergidos en el líquido, todos los puntos de sus superficies recibieron una presión hidrostática, la cual es mayor conforme aumente la profundidad de un punto.