SUPERPOSICION DE LÍQUIDOS Y FLOTACION DE SOLIDOS MARCO TEORICO PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES Arquímedes (287-212 A. C.) se inmortalizó inmortalizó con el principio que lleva su nombre, cuya forma más común de expresarlo es: todo sólido de volumen V sumergido en un fluido, experimenta
un
empuje
hacia
arriba
igual
al
peso
del
fluido
desalojado.
Matemáticamente pude ser definido como:
E V Despla zado g E :
Empuje.
V :
Volumen de fluido desplazado.
:
Densidad del fluido. Gravedad (9,81 m/s 2).
g :
El principio de Arquímedes implica que para que un cuerpo flote, su densidad debe ser menor a la densidad del fluido en el que se encuentra.
Estabilidad de los cuerpos en un fluido: Un cuerpo en un fluido es considerado estable si regresa a su posición original después de habérsele girado un poco alrededor de un eje horizontal. Las condiciones para la estabilidad son diferentes para un cuerpo completamente sumergido y otro parcialmente sumergido (se encuentra flotando). Los submarinos son un ejemplo de cuerpos que se encuentran completamente sumergidos en un fluido. Es importante, para este tipo de cuerpos, permanecer en una orientación específica a pesar de la acción de las corrientes, de los vientos o de las fuerzas de maniobra.
Condición de estabilidad para cuerpos sumergidos: la condición para la estabilidad de cuerpos completamente sumergidos en un fluido es que el centro de gravedad (G) del cuerpo debe estar por debajo del centro de flotabilidad (B). El
centro de flotabilidad
de un cuerpo se encuentra en el centroide del volumen desplazado, y es a través de este punto como actúa la fuerza boyante (flotación) en dirección vertical. El peso del cuerpo actúa verticalmente hacia abajo a través del centro de gravedad. Cuando un cuerpo está totalmente sumergido pueden ocurrir tres casos según el centroide del líquido desplazado (B), esté sobre, coincida o esté más abajo que el centro de masa o centro de gravedad del cuerpo (G). La figura 1 ilustra los tres casos. En el
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primer caso, no aparece par al girar el cuerpo, luego el equilibrio es indiferente. En el segundo caso, la fuerza de empuje actúa más arriba del peso, luego para una ligera rotación del cuerpo, aparece un par que tiende a restaurar la posición original, en
B
G
B G
G
B
consecuencia este equilibrio es estable. En el último caso, el par que se origina tiende a alejar el cuerpo de la posición de equilibrio, lo cual es en consecuencia la condición de cuerpo inestable
CÁLCULOS Y RESULTADOS 1. Líquidos Usados: a) Hidroliza (ISO 68) -
Densidad: 0.878 g/cm3
b) Aceite SAE 25W-60 -
Densidad: 0.891 g/cm 3
c) Agua: -
Densidad: 1g/cm 3
2. Solidos Usados: a) Esfera de goma (diámetro = 2.5cm) -
Volumen : 16.36 cm3
b) Esfera de tecnopor (diámetro = 1.58 cm) -
Volumen = 4.13 cm3
c) Dado (lado = 1.3 cm) -
Volumen : 2.197 cm3
3. Sólidos en flotación: -
Desacuerdo al ensayo realizado pudimos observar que la esfera de goma flota siendo 2/3 de su volumen la parte que se encuentra sumergida.
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La esfera de tecnopor flota completamente por encima del agua.
-
El dado se hundió totalmente hasta el fondo del vaso con agua.
4. Observaciones del uso de diferentes líquidos (determinación de líquidos con mayor densidad) -
Usando diferentes líquidos (Agua, Aceite SAE 25W - 60 e hidrolina), pudimos observar que el agua fue el líquido que se puso en la parte inferior del vaso, seguido por el aceite y finalmente la hidrolina, determinando asi experimentalmente que a mayor densidad los liquidos se reposan al fondo del recipiente luego los de menos densidad, como se puede observar en la siguiente fotografía.
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Hidrolina
(densidad:
0.878 g/cm3)
Aceite SAE 25W -60
(densidad:
0.891 g/cm3)
Agua
(densidad:
1 g/cm3)
Foto: Superposición de los líquidos (fuente: Propia)
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ANEXOS
Fig.N° 1: Líquidos Usados (Aceite, Agua, Hidrolina; Aceite SAE 25W-60) (Fuente: Propia)
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Fig. N°3: Esfera en flotación (fuente: Propia)
Fig. 4: Dado en el fondo del vaso (fuente: Propia)
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Fig. 5: Flotación de la esfera de tecnopor (fuente: Propia)
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