Ingeniera

1. PRACTICA N° 3
FUERZA DE EMPUJE
OBJETIVOS
La realizacion de la presente practica tiene como objetivos.
 Determinacion de la presion en diferentes puntos de un fluido en reposo.
 Determinacion de la fuerza de empuje y el peso aparente de un cuerpo
sumergido en un fluido de reposo.
 Determinacion del peso especifico, asi como su densidad de un cuerpo de
forma cualquiera sumergido en un fluido en reposo.
FUNDAMENTO TEORICO
Arquímedes, hacia el año 250 a.C., investigó alguno de los principios de la hidráulica, cuyas
técnicas ya se empleaban con anterioridad, principalmente en sistemas de regadío y de
distribución de agua por ciudades. Desde entonces se fueron desarrollando diversos
aparatos y técnicas para el movimiento, trasvase y aprovechamiento del agua, siendo en
general la cultura árabe la que desarrolló mayores proyectos y técnicas en este sentido. El
principio de Arquímedes puede ser enunciado como: ``Todo cuerpo sumergido en un
fluido experimenta un empuje vertical, y dirigido hacia arriba, igual al peso del fluido
desalojado. ''Este principio es de una importancia científica y de una aplicación práctica
inmensas. La teoría de los cuerpos flotantes, la de los areómetros y de la determinación
de los pesos específicos se fundan en esta ley. Muchos problemas de la navegación y
todos los referentes al metacentro descansan igualmente en el principio de Arquímedes.
El principio de Arquímedes se demuestra experimentalmente por medio de la balanza
hidrostática. Esta balanza se diferencia de la ordinaria en que tiene un pequeño gancho en
la parte inferior de uno de los platillos del que se suspenden dos cilindros de metal, el
inferior macizo y el superior hueco, cuya capacidad es igual al volumen exterior del
cilindro macizo. Establecido el equilibrio, colocando peso en el platillo opuesto, se
sumerge el cilindro inferior en el agua. El equilibrio se altera inmediatamente, y para
restablecerle basta llenar de agua el cilindro superior, lo cual prueba que la pérdida de

2. peso del otro cilindro es igual al peso del agua contenida en el cilindro hueco, cuyo
volumen es igual exactamente al del cilindro sumergido. Este principio se demuestra
también por el raciocinio. En efecto, considérese una masa líquida en equilibrio y que una
parte de ella se solidifique tomando una forma regular o irregular, pero sin que aumente
ni disminuya su volumen; entonces las presiones horizontales que sufre esa masa en tal
estado deben destruirse mutuamente, y las presiones verticales producirán el equilibrio
del cuerpo por obrar de abajo a arriba un empuje igual al peso de la masa; si se supone
reemplazado el fluido solidificado por un cuerpo sólido de igual forma y dimensiones, éste
sufrirá las mismas presiones, puesto que únicamente dependen de la extensión de las
superficies y de su posición en la masa fluida, reduciéndose todas aquellas presiones a una
fuerza que obra de abajo a arriba o a un empuje igual al peso del líquido desalojado. Si el
peso del cuerpo excede al empuje, desciende en el líquido y la fuerza que le solicita a
descender estará representada por la diferencia entre el peso del cuerpo y el del líquido
desalojado, bastando para sostenerle una fuerza igual a dicha diferencia. Por medio del
principio de Arquímedes se puede fácilmente obtener el volumen de un cuerpo que no se
disuelva en el agua. Para esto se le suspende por medio de un hilo fino de un gancho de la
balanza hidrostática, pesándole primero en el aire y después en el agua. La diferencia de
peso expresa el peso del agua desalojada, y como de este peso se deduce el volumen
líquido desalojado, es evidente que también éste será el volumen del cuerpo sumergido.
Fuerza de empuje
Todo líquido ejerce una fuerza hacia arriba que actúa sobre los cuerpos sumergidos en él.
Esta fuerza lo hará flotar si es mayor que el peso del cuerpo. Esta fuerza es la resultante
del sistema de fuerzas de la presión que ejerce el líquido sobre el cuerpo sumergido, y
actúa en todas direcciones. Esta fuerza tiene una dirección vertical de abajo hacia arriba.
La fuerza de empuje mayor cuanto más grande sea la densidad del líquido.

3. Acción del Peso y el Empuje. Si la el empuje es mayor el cuerpo flota. Si son iguales está
equilibrado (dibujo) y si es menor el cuerpo se hunde.
Si P<E, flota, Si P=E queda sumergido en el sitio que se sitúe, Si P>E, flota
Tenemos por lo tanto que la fuerza de empuje se produce debido a que en cualquier
fluido en reposo la presión aumenta con la profundidad, lo cual produce fuerzas
perpendiculares ala superficie del cuerpo que son mayores en las partes del cuerpo que se
encuentran más profundas. Esto produce una fuerza resultante ascendente ejercida por el
fluido sobre el cuerpo que es igual al peso del fluido desalojado por el cuerpo.
Por lo tanto si la presión en un fluido no aumentara con la profundidad no existiría fuerza
de empuje.
Equilibrio
Las dos fuerzas que actúan sobre un cuerpo sumergido tienen puntos de aplicación
diferentes. El peso en el centro de gravedad del cuerpo, el empuje en el centro de
gravedad del líquido desalojado. Para que haya equilibrio es necesario que ambos centros
se encuentren en la misma vertical y que sean iguales.
En el dibujo de la derecha, se pierde el equilibrio cuando los puntos de aplicación del
empuje y del peso no tienen la misma vertical.
Cuando el cuerpo se inclina, el centro de empuje cambia de situación. Volverá a su
posición si el metacentro, que es el punto que corta la vertical trazada por el centro de
empuje a la vertical primitiva que pasa por el centro de gravedad, está encima del centro
de gravedad.

4. Aplicaciones del Principio de Arquímedes
Los barcos de superficie están diseñados de manera que el metacentro quede siempre por
encima del centro de gravedad en caso de que se muevan o desplacen lateralmente. El
submarino en cambio no cambia ni de volumen pero sí de peso, adquiere agua para
sumergirse y la expulsa con aire para disminuir su peso y subir.
Aplicaciones del Principio de Arquímedes a los Gases
Del mismo modo que sucede con los líquidos podemos decir que:
Todo cuerpo sumergido en un gas, experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del
volumen de gas que desaloja Por tanto se producen las mismas fuerzas que en el agua: la
fuerza de empuje para ascender y la fuerza contraria que es su peso. Si se consigue que la
fuerza de empuje sea mayor que el peso, el cuerpo flota. Este principio se aplica a los
globos que están llenos de un gas menos pesado que el aire.
Densidad
Es la masa correspondiente a la unidad de volumen. Se llama densidad relativa a la
relación entre la masa de un cuerpo y la de un volumen igual de agua destilada que se
toma como comparación.

5. Densidad = masa / volumen
Peso Específico
Es el peso correspondiente a su unidad de volumen. Si llamamos p al peso, V al volumen,
Peso específico es
P. e. = P / V
También existe el peso específico relativo que es la relación entre el peso específico de un
cuerpo y el de un volumen igual de agua destilada. Entre Peso específico y Densidad hay
diferencia y a que aunque no cambia la masa, el peso sí. Pero de todas maneras al
compararse con agua destilada se consideran ambos conceptos iguales.
EQUIPO O INSTRUMENTAL
PROBETA REGLA GRADUADA

6. PIE DE REY BALANZA
PROCEDIMIENTO
Llenar las 2 probetas de H2O hasta una altura de 5 cm respecto a sus bases y y determine
la presion en ambas probetas respecto a dichas bases, mediante las ecuaciones 1 y2.
Repita el paso anterior por lo menos 5 veces.
Fije uno de los cuerpos dados a la cuerda, e introduzcalo en la probeta de mayor
capacidad, y observe el incremento de volumen en la pobeta. Tenga en cuenta que ese
incremento de volumen es igual al volumen del cuerpo.
Repita el paso anterior en el otro cuerpo.
Determine la masas de los cuerpos con ayuda de la balanza.
Sugerencias : es preferible sumergir el cuerpo en la probeta mojado.
No introduzaca demasiado el cuerpo
Las masas de los cuerpos deben determinarse cuando esten secos.
PROBLEMAS
5. Porque los globos de hidrogeno tienden a escapar hacia arriba.
explicar.

7. Un globo es una máquina que permite ascender y moverse en el aire. Civil y
gubernamentalmente está considerado como una aeronave, clasificado como un
aerostato, necesitando para poder pilotarlo el título de piloto de globo, expedido por
aviación civil.
¿Por qué vuela un globo? Un globo de aire caliente, no vuela sino flota dentro del viento.
Basamos esta forma de vuelo, como nos enseña la física, en que el aire caliente pesa
menos que aire frio, teniendo por ello a subir.
6. A su criterio cuales son las razones por las cuales un barco no se
hunde ¿ en que se basan los submarinos?
Un objeto que esta hueco tiene poca densidad, porque en su mayoría está lleno de aire.
Con el barco ocurre lo mismo, aunque sea de hierro flota en el agua a causa del aire que
tiene dentro.
En el caso de que se le haga un agujero en el casco, el agua entrara expulsando el aire
hacia fuera, entonces la densidad de barco será mayor que la del agua y el barco se
hundirá.
CONCLUSIONES
Haciendo este informe de laboratorio sobre la estática en fluidos pudimos establecer y
determinar la densidad de un sólido en diferentes casos utilizando el principio de

8. Arquímedes de manera correcta, reconociendo que todo objeto sumergido parcial o
totalmente experimenta un fuerza de empuje igual al peso del fluido desplazado por dicho
objeto.
En el experimento pudimos determinar que un objeto experimenta una misma fuerza de
empuje no importa la profundidad en la que se encuentre, pues el volumen será el mismo
y la densidad del fluido se mantiene constante en todos sus puntos (bajo condiciones
normales) como lo explica el principio de Arquímedes.
Al preguntarnos en esta experiencia qué efecto tenía la densidad en estos dos casos
pudimos concluir que un cuerpo flota cuando su peso no excede la fuerza de empuje, y se
hunde cuando esta última es menor que el peso, pero como sabemos tanto el empuje
como el peso dependen del mismo volumen del objeto pero tienen densidad diferente (el
cuerpo y el fluido), entonces la flotabilidad dependerá de la densidad. Cuando la densidad
del objeto es mayor a la del líquido, debido a que el peso del objeto supera a la fuerza
flotante, se hundirá el objeto, mientras que cuando es menor su densidad a la del líquido
como no tiene necesario peso para soportar la fuerza de empuje éste flotará.