PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES / LEY DE HOOKE:
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PRÁCTICA DE LABORATORIO: MASA, VOLUMEN, DENSIDAD, PESO, EMPUJE.
GUARDA RELACIÓN CON EL PERFIL DE SALIDA DEL ALUMNADO DE LOS INSTITUTOS DIOCESANOS DE CANARIAS, CONCRETAMENTE CON «INVESTIGO».
Principio de Arquímedes:
“Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y ascendente que equivale al peso del fluido desalojado”.
Es lo que ocurre con los barcos, los globos aerostáticos, las sopladeras de helio, por eso flotan o ascienden en el fluido en el que se encuentran.
En el primer caso, en el que el peso es mayor que el empuje, la bolita se hunde. En el segundo caso, en el que el empuje es mayor que el peso, la bolita flota.
Ley de Hooke:
«La fuerza elástica que hace un resorte es directamente proporcional a la deformación. La constante de proporcionalidad es la constante elástica, característica del resorte.»
FElástica = (-) k · x
Esa fuerza elástica es de sentido contrario a la deformación: si estiramos el resorte, la fuerza elástica hace que se contraiga y se lo comprimimos, la fuerza elástica hace que el resorte tienda a estirarse. De ahí el signo negativo que con frecuencia aparece en la expresión.
Cuando sobre un resorte colocado vertical, colgamos un cuerpo, el resorte se deforma, estirándose. Cuando alcanza el equilibrio y se encuentra en reposo, la Fuerza Elástica que hace el resorte es igual al peso del cuerpo (evidente por la segunda Ley de Newton).
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA:
Si montamos un dispositivo como el de la figura, en el que el objeto que cuelga lo sumergimos en un fluido, aparece además el EMPUJE, del que nos habla Arquímedes.
Nuestro dinamómetro nos da la fuerza elástica en Newton, nosotros medimos con una regla el estiramiento del resorte.
Las medidas para la experiencia:
Los resultados de la experiencia, se muestran en la tabla siguiente:
| Fuerza elástica sin colgarle ningún peso | Fo | 0 N |
| Deformación del resorte sin peso colgando | xo | 0 cm |
| Fuerza elástica con el cuerpo colgando | F1 | 1,9 N |
| Deformación del resorte con el peso colgando | x1 | 1,2 cm |
| Fuerza elástica con cuerpo parcialmente sumergido | F2 | 1,1 N |
| Altura de la parte no sumergida del ortoedro | S | 4 cm |
| Medidas del ortoedro | a x b x c | 5,5 cm x 5,5 cm x 10 cm |
ACTIVIDAD:
Se pide, realizando los cálculos y las argumentaciones necesarias con rigor, en unidades del S.I., a menos que se indique otra cosa, y redondeando a 3 decimales:
a.- La constante elástica del resorte.
b.- La masa del cuerpo.
c.- El volumen del ortoedro, en cm3.
d.- La densidad del ortoedro, en kg/m3.
e.- La deformación que experimenta el resorte cuando sufre la fuerza F2, en cm.
f.- El Empuje en la situación planteada.
g.- La masa de fluido desalojado, utilizando el valor del empuje del apartado anterior «f».
h.- Si la densidad del agua es de 1 kg/L, hallar el volumen de agua desalojada utilizando el valor del empuje del apartado anterior «f», en cm3.
i.- Con el dato de la altura no sumergida del ortoedro, hallar el volumen sumergido, en cm3.
j.- Con lo obtenido en el apartado anterior «i», obtener la masa de fluido desalojada.
k.- Con lo obtenido en el apartado anterior «j», obtener el valor del empuje.
l.- Comparar el valor del empuje obtenido en el apartado «f» y en el apartado «k», indicando de manera argumentada los motivos de las posibles desviaciones observadas, con rigor y con mentalidad de científico.