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RESUMEN
El principio de la hidrostática establece que la diferencia de presión entre dos puntos dentro de un mismo líquido es igual al producto del peso específico del líquido y la diferencia de altura entre dichos puntos. En este laboratorio, exploraremos este principio mediante la aplicación de fórmulas relacionadas con el empuje, la presión, la densidad, el volumen, la masa y la gravedad en distintos objetos. En el contexto de la física termodinámica, la presión hidrostática es aquella que un fluido en reposo ejerce debido a su propio peso. Dentro del estudio de los fluidos en reposo, conocido como hidrostática, se distinguen dos tipos de presión: la hidrostática, generada por el propio fluido, y la atmosférica, que es la presión ejercida por la atmósfera sobre el fluido. Es importante destacar que, aunque los estados sólido, líquido y gaseoso siguen las mismas leyes fundamentales, los fluidos poseen una característica particular: pueden cambiar de forma, adaptándose al recipiente que los contiene, incrementando su volumen sin alterar su masa. Palabras clave: Densidad, Volumen, Gravedad, Masa, Presión, Empuje Recibido: xx de febrero de 20xx. Aceptado: xx de Junio de 20xx Received: February xx, 20xx Accepted: June xx, 20xx
FLUIDOS Y TERMODINÁMICA
Informe Hidroestatica
FLUIDS AND THERMODYNAMICS
Hydrostatics Report
**_Andrés Felipe Gutiérrez Figueroa 137 174 Nicolás Alarcón Ortega 136912 Yesid Muñoz 138211 UNIIVERSIDAD ECCI
- correo electrónico institucional del autor de correspondencia ** correo electrón ico in stitucion al del docen te tutor_**
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ABSTRACT The principle of hydrostatics states that the pressure difference between two points within a liquid is equal to the product of the specific gravity of the liquid and the difference in height between those points. In this lab, we will explore this principle by applying formulas related to thrust, pressure, density, volume, mass, and gravity to various objects. In the context of thermodynamic physics, hydrostatic pressure is the pressure that a fluid at rest exerts due to its own weight. Within the study of fluids at rest, known as hydrostatics, two types of pressure are distinguished: hydrostatic pressure, generated by the fluid itself, and atmospheric pressure, which is the pressure exerted by the atmosphere on the fluid. It is important to note that, although the solid, liquid and gaseous states follow the same fundamental laws, fluids have a particular characteristic: they can change shape, adapting to the container that holds them, increasing their volume without altering their mass. Keywords: Density, Volume, Gravity, Mass, Pressure, Thrust, Thrust
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sumergido y verificar si la ecuación de empuje se cumple.
- Exploración en la "Sala de Juegos" o Seleccionar la opción "Mi bloque" y modificar la masa y el volumen del cuerpo. o Analizar cómo varía la densidad del bloque según los cambios aplicados. o Comparar los resultados obtenidos con la teoría del principio de flotación.
- Aplicaciones y análisis final o Relacionar los resultados obtenidos con el funcionamiento de un submarino. o Investigar y describir cuatro aplicaciones del principio de Arquímedes en la vida real. o Responder nuevamente la pregunta inicial del laboratorio, evaluando cómo ha cambiado la percepción del problema tras realizar la simulación.
Figura 1: ejemplo del principio de Arquímedes
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En el funcionamiento de un submarino debemos tener en cuenta no solo la presión que debe soportar la cubierta de este, además se debe evaluar la manera de ahorrar combustible tal que para ganar profundidad o salir a la superficie no se requiera un máximo en el valor de la propulsión que mueven las turbinas. ¿Qué conceptos físicos consideras se deben tener en cuenta para el estudio del funcionamiento de un submarino? RESPUESTA: Los conceptos físicos requeridos para saber sobre el funcionamiento de un submarino es la fuerza de empuje, presión, Presión por formula de Arquímedes y dinámica de fluidos
1. DESARROLLO
A. Interacción con el bloque de menor densidad, que el fluido. Figura 4 : Juego de simulacion con los diferentes objetos En este caso tenemos un objeto el cual no se unde completamente, donde su densidad es menor a la de fluido. Figura 5 : Juego de simulacion con los diferentes objetos En este caso, tenemos por objeto un ladrillo, por lo cual su densidad, es mayor a la del fluido B.
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Figura 6 : Juego de simulacion con los diferentes objetos, ladrillo En este caso, que es el objeto que se hunde por completo podemos calcular empuje, apartir de los datos obtenidos lo cuales son Peso fuera del fluido : 98.00 N Masa Ladrillo : 10.00 Kg Volumen Fluido (H2O) : 100.00L Volumen Ladrillo: 5.00L Peso dentro fluido: 49.00 N Gravedad : 9.8 m/s Σ F= E=Wafuera-Wdentro E=(98.00 N-49.00N) E= 49,00 N E= ρf g Vs E= (0.005 m3) (9.8 m/s2) (1000 L) E= 49 N C. Figura 7 : Juego de simulacion con los diferentes objetos madera En este caso el objeto, no se hunde, si no flota en el fluido, a partir de este calcularemos empuje y el porcentaje del volumen sumergido del cuerpo. Peso fuera del fluido: 11.77 N Volumen del Fluido : 100.00L Masa Madera: 2.00 Kg Volumen Madera: 3.00 L Gravedad : 9.8 m/s Σ fx= E= Wadentro-Wafuera E= 11.77- X E= ρf g Vs E= (0.003) (9.8) (1000L) E= 29.4 N V= ΣF=
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Los aerostáticos son aparatos llenos de gas ligero que el aire; el empuje del aire sobre ellos es mayor que su peso. También lo podemos ver en los flotadores ya que a mayor aire, mayor empuje, ya que el aire no representa densidad, cuando un flotador esta desinflado, mayor densidad y se hundirá ¿Qué puedes concluir frente al estudio de las fuerzas que aparecen en el desarrollo de la actividad? Las fuerzas, ejercidas en la simulación dependen de la gravedad, su empuje, y el peso del objeto. Si la Fuerza negativa, que es su peso (w) junto a la gravedad (g) es mayor que la densidad del fluido, El empuje que es su fuerza positiva, Sera menor. Pero si pasa lo contrario si empuje será mayor. G. Como lo había dicho en argumentos anteriores, los submarinos funcionan de una manera donde se tiene que aplicar el principio de Arquímedes ya que en algún momento el submarino necesita bajar a mayor profundidad, y descender a la superficie, por eso funciona cuando tiene que bajar a mayor profundidad su densidad debe ser mayor, cuando quiere llegar a la superficie su densidad es menor, por eso aumenta o disminuye su peso. H) Donde se usa el principio de arquimides
1. Funcionamiento de los submarinos Los submarinos utilizan el Principio de Arquímedes para sumergirse y emerger en el agua. Cuentan con tanques de lastre que se llenan de agua para aumentar su densidad y hundirse o se llenan de aire para reducir la densidad y flotar en la superficie. De esta manera, controlan su flotabilidad sin necesidad de usar propulsión adicional. 2. Hidrometría y medición de densidad Los hidrómetros son instrumentos diseñados para medir la densidad de los líquidos. Funcionan con base en el Principio de Arquímedes : dependiendo de la densidad del líquido, el hidrómetro flotará más o menos, permitiendo obtener una medición precisa. Se utilizan en industrias como la alimentaria (medición de concentración de azúcar en jugos o vinos) y en la química para determinar la pureza de soluciones. 3. Construcción de barcos y embarcaciones Los barcos están diseñados de manera que su peso total sea menor que el empuje que ejerce el agua desplazada por su casco. Aunque estén fabricados con materiales densos, como el acero, su forma hueca y la distribución del volumen permiten que la fuerza de flotación contrarreste su peso, evitando que se hundan. 4. Globos aerostáticos El Principio de Arquímedes también se aplica en fluidos gaseosos. Los globos aerostáticos ascienden porque el aire caliente dentro del globo tiene menor densidad que el aire frío exterior. Esto genera una fuerza de empuje hacia arriba, permitiendo que el globo flote en la atmósfera. Para descender, el aire caliente se libera, aumentando la densidad del gas dentro del globo y reduciendo el empuje. 4. CONCLUSIÓN A partir de la práctica de laboratorio, se pueden obtener las siguientes conclusiones:
- Las fuerzas que actúan sobre un cuerpo sumergido en un fluido dependen de la densidad tanto del cuerpo como del fluido en el que se encuentra.
- La densidad es un factor determinante en la flotabilidad, ya que la relación entre la densidad del cuerpo y la del fluido influye en su comportamiento dentro de este.
- El volumen del cuerpo sumergido está directamente relacionado con la cantidad de fluido desplazado, lo que permite aplicar el Principio de Arquímedes para determinar la flotabilidad de un objeto.
- A partir de las preguntas analizadas en los apartados e y g, se puede comprender el funcionamiento de diversos fenómenos naturales y tecnológicos, ya que el Principio de Arquímedes se aplica en múltiples situaciones, como el diseño de embarcaciones, submarinos y globos aerostáticos. 5. AGRADECIMIENTOS
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Expresamos nuestro agradecimiento a la Universidad ECCI y a la Dirección de Ciencias Básicas por brindar el espacio y los recursos necesarios para la realización de esta práctica de laboratorio virtual. Agradecemos también a los docentes encargados de la guía y supervisión de la actividad, cuya orientación ha sido fundamental para comprender los principios de la hidrostática y su aplicación en distintos fenómenos físicos. Finalmente, valoramos el esfuerzo y la colaboración de nuestros compañeros de estudio, quienes contribuyeron activamente al desarrollo y análisis de esta práctica, enriqueciendo nuestro aprendizaje a través del intercambio de ideas y la resolución conjunta de problemas.
6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- Hewitt, P. G. (2019). Física conceptual (12ª ed.). Pearson Educación. Sears, F. W., Zemansky, M. W., & Young, H. D. (2013). Física universitaria con física moderna (13ª ed.). Pearson. Universidad de Colorado Boulder. (s.f.). Simulación de flotabilidad y densidad. PhET Interactive Simulations. Recuperado el [fecha de consulta], de https://phet.colorado.edu/sims/density-and- buoyancy/buoyancy_es.html Serway, R. A., & Jewett, J. W. (2021). Física para ciencias e ingeniería (10ª ed.). Cengage Learning. Young, H. D., & Freedman, R. A. (2019). Universidad Física (14ª ed.). Pearson Educación.
