Objetivos

Objetivo General Demostrar el principio de Arqumedes y la segunda ley de Newton mediante experimentacin, herramientas de medicin, toma de datos y clculos para comprobar el funcionamiento de este principio en la realidad para luego comprobarlo mediante modelos matemticos por medio de ecuaciones diferenciales.

Objetivos Especficos Comprender y asimilar los aspectos y parmetros que rigen el principio de Arqumedes mediante la prctica desarrollada.

Comprobar e Interpretar la segunda ley de Newton con las relaciones que existen entre fuerza, masa y aceleracin.

Alcances y limitaciones.Alcances.

Limitaciones.

MARCO TERICO

Principio de Arqumedes Es un principio fsico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido esttico, ser empujado con una fuerza igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho objeto.De este modo, cuando un cuerpo est sumergido en el fluido se genera un empuje hidrosttico resultante de las presiones sobre la superficie del cuerpo, que acta siempre hacia arriba a travs del centro de gravedad del cuerpo del fluido desplazado y de valor igual al peso del fluido desplazado. Un objeto que flote o se halle sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba o empuje debido al fluido.Frmulas

Empuje El empuje es simplemente la fuerza ejercida por el resto del fluido para mantener en reposo la porcin de fluido considerado.Frmulas

Densidad La densidad de un objeto nos dice si flota o se hunde en un fluido, si conocemos tambin la densidad del fluido

Frmulas

Volumen desalojado Se denomina volumen desalojado o volumen desplazado a un volumen de lquido igual a la porcin del volumen del objeto que est sumergido. Si el objeto est totalmente sumergido en un lquido, entonces el volumen desalojado y el volumen del objeto coinciden.Frmulas

Segunda Ley de Newton

La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleracin que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relacin de la siguiente manera:

Tanto la fuerza como la aceleracin son cantidades vectoriales, es decir, tienen adems de un valor, una direccin y un sentido. La expresin de la Segunda ley de Newton que hemos dado es vlida para cuerpos cuya masa sea constante. Si la masa varia, como por ejemplo un avin que va quemando combustible, no es vlida la relacin.

Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el caso de sistemas en los que pueda variar la masa. Para ello primero vamos a definir una cantidad fsica nueva. Esta cantidad fsica es la cantidad de movimiento que se representa por la letra p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo por su velocidad, es decir:

La cantidad de movimiento tambin se conoce como momento lineal. Es una cantidad vectorial y, en el Sistema Internacional se mide en kg m/s. En trminos de esta nueva cantidad fsica, la Segunda ley de Newton se expresa de la siguiente manera:

Donde, la Fuerza que acta sobre un cuerpo es igual a la variacin temporal de la cantidad de movimiento de dicho cuerpo.

De esta forma incluimos tambin el caso de cuerpos cuya masa no sea constante.

Para el caso de que la masa sea constante:

Y recordando la definicin de aceleracin, nos queda:

Si un sistema inercial en el que se tiene un cuerpo en movimiento se mide la fuerza resultante, Fneta, sobre el cuerpo y simultneamente la aceleracin de este, se encontrara que ambos estn relacionados por la siguiente expresin.

Sistemas de UnidadesCon frecuencia se utilizan dos sistemas de unidades: el Sistema Internacional, el cual tiene como unidades bsicas a la longitud, la masa y el tiempo, definidos respectivamente por metro (m), kilogramo (kg) y segundo (s) y el Sistema Ingls que est compuesto por la longitud, la fuerza y el tiempo, definidos por el pie (ft), la libra (lb) y el segundo (s). Existen algunas unidades derivadas, como por ejemplo la de fuerza en el Sistema Internacional, que se suele expresar como (1m/s2) (1kg) = 1 Newton (N).

Coeficientes de friccinSe denomina friccin a la fuerza resistente que acta sobre un cuerpo, que impide o retarda el deslizamiento de ste a otro o en la superficie que est en contacto. Se representan mediantes coeficientes estticos (fuerza que el cuerpo puede soportar en reposo: Us) y coeficientes dinmicos (fuerza que permite mantener al cuerpo en movimiento: Uk) son perpendiculares a la fuerza normal dadas como:

Algunos coeficientes son:Madera sobre maderaHielo sobre hieloMetal sobre el metalArticulaciones humanas

Us0,40,10,150,01

Uk0,20,030,070,01