Determinación Experimental de Propiedades Elásticas y Principios de Flotación

Informe de Prácticas de Laboratorio: Elasticidad y Fluidos

Objetivos y Resultados Experimentales

Práctica 1: Estudio del Comportamiento de un Resorte de Acero

Objetivos Principales (Obj(1))

• Describir el comportamiento de un resorte de acero.
• Medir la constante elástica del resorte usando los métodos estático y dinámico.
• Medir el módulo de rigidez del acero.

Resumen de Resultados (Res(2))

En la práctica de Péndulo Físico se midió el periodo ($T$) en diferentes casos usando un radio distinto ($b$). La gráfica $T$ vs $b$ resultó ser una parábola, permitiendo determinar el radio de giro para el periodo mínimo. Con estos datos se calcularon:

• $I_o = 0.026 \text{ kg} \cdot \text{m}^2$ y $g = 9.45 \text{ m/s}^2$.

Al linealizar y construir la gráfica $T^2b$ vs $b^2$, el intercepto y la pendiente permitieron calcular:

• $I_o = 0.031 \text{ kg} \cdot \text{m}^2$, $b_o = 0.277 \text{ m}$, $g = 9.42 \text{ m/s}^2$.

Estadísticamente se obtuvieron los siguientes valores:

• $I_o = 0.032 \pm 0.003 \text{ kg} \cdot \text{m}^2$
• $b_o = 0.281 \pm 0.007 \text{ m}$
• $g = 9.82 \pm 0.007 \text{ m/s}^2$

Datos Tabulados (Rslt(2))

Tabla comparativa de los parámetros medidos ($I$, $b$, $g$):

Ecuación obtenida de la linealización:

$T^2b = [(0.32 \pm 0.026) + (4.02 \pm 0.003)b^2] \text{ ms}^2$

Materiales e Instrumentos (Mat&Ins(3))

Se utilizaron los siguientes equipos:

• $2 \times$ Soporte universal
• $2 \times$ Vara de acero
• $2 \times$ Mordaza
• $2 \times$ Barra de aluminio
• Resorte

Instrumentos de medición:

• Balanza ($1 \text{g}$ de precisión)
• Cronómetro ($0.01 \text{s}$ de precisión)
• Wincha ($0.001 \text{m}$ de precisión)

Práctica 2: Verificación del Principio de Arquímedes y Presión Hidrostática

Objetivos Principales (Obj(5))

• Verificar el principio de Arquímedes.
• Determinar la densidad de sólidos y líquidos.

Resultados de Presión (Res(4))

En la práctica Variación de la presión por la profundidad se empleó un tensiómetro ($1 \text{mmHg}$) para medir la presión del agua sobre una sonda a distintas profundidades ($y$). Se determinó:

• $K = 91494.8 \text{ N/m}^3$ (Valor obtenido por un método no especificado).
• Método gráfico: $A = 0 \text{ Pa}$ ; $B = 10175.44 \text{ N/m}^3$.
• Método estadístico: $A = (62.94 \pm 34.18) \text{ Pa}$ ; $B = (9974.49 \pm 60.74) \text{ N/m}^3$.

La ecuación de la recta resultante fue:

$P_m = [(62.94 \pm 34.18) + (9974.49 \pm 60.74)y] \text{ Pa}$

Resultados de Presión (Rslt(4))

Comparación de los valores de la pendiente ($P_m$ en $\text{N/m}^3$):

Valor directo: $P_m = [10175.44] \text{ Pa}$

Valor con incertidumbre: $P_m = [(62.94 \pm 34.18) + (9974.49 \pm 60.74)y] \text{ Pa}$

Pendientes obtenidas:

• $10175.44 \text{ N/m}^3$
• $(9974.49 \pm 60.74) \text{ N/m}^3$

Conclusiones y Reflexiones (Con(5))

Se plantearon las siguientes consideraciones y reflexiones:

1. Variación Ambiental: El medio líquido debería cambiarse al medio del aire en la atmósfera. Se debería medir y calcular en diferentes alturas, considerando la variación de la densidad del aire con la temperatura y presión constantes.
2. Flotación de Barcos: Los barcos flotan porque son menos densos que el agua. Esto se debe a que, a pesar de su enorme peso, poseen un volumen ligero (gran volumen con masa relativamente baja).
3. Sumergibilidad de Submarinos: Los submarinos pueden sumergirse gracias a que el agua ejerce fuerzas perpendiculares al casco en todas las direcciones (Principio de Pascal aplicado a la presión hidrostática).
4. Verificación de Arquímedes (Parte 6.8): Habiendo hallado la densidad relativa, se puede comprobar que la masa desalojada corresponde con la masa sumergida. (Ejemplo: $m_a \cdot \gamma_{rs} = m_s \rightarrow 0.03 \times 7.79 = 0.223 \text{ kg}$).