IntroduccinDe la accin de los fluidos en reposo o en movimiento, as como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniera que utilizan fluidos. La mecnica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronutica, la ingeniera qumica, civil e industrial, la meteorologa, las construcciones navales y la oceanografa. La mecnica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la esttica de fluidos, o hidrosttica; entre otros. Pero estas subdivisiones ya mencionadas debido a la experimentacin realizada son los principales conceptos de subdivisin que se acoplan para las demostraciones de clculos experimentales. Conceptos como empuje, alturas metacntricas, estabilidad de cuerpos flotantes sern tratados de manera experimental para luego demostrar y comprobarlos por medio de la teora. Es as como se puede observar la importancia de la experimentacin, ya que esta a su vez le trasmite la importancia a la teora, demostrando con esto que ambas se acoplan.

Objetivos

Establecer las condiciones de estabilidad para un cuerpo flotante. Determinar cantidades que representan datos importantes en el experimento como la altura metacntrica para demostrar algunas caractersticas importantes de tales datos. Determinar la altura metacntrica en forma terica y experimental de un cuerpo flotante Demostrar que la altura metacntrica permanece constante para pequeos ngulos de rotacin en un cuerpo flotanteMarco TericoEl principio de Arqumedes es la ley fsica que establece que cuando un objeto se sumerge total o parcialmente en un lquido, ste experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del lquido desalojado. La mayora de las veces se aplica al comportamiento de los objetos en agua, y explica por qu los objetos flotan y se hunden y por qu parecen ser ms ligeros en este medio.

El concepto clave de este principio es el `empuje', que es la fuerza que acta hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando ste se encuentra en el agua. Un objeto flota si su densidad media es menor que la densidad del agua. Si ste se sumerge por completo, el peso del agua que desplaza (y, por tanto, el empuje) es mayor que su propio peso, y el objeto es impulsado hacia arriba y hacia fuera del agua hasta que el peso del agua desplazada por la parte sumergida sea exactamente igual al peso del objeto flotante.

Aqu se ilustra el principio en el caso de un bloque de aluminio y uno de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua desplazada. (2) Si un bloque de madera est completamente sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la madera es menos densa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente desplazando as menos agua hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque.

La estabilidad en fsica e ingeniera, es la propiedad de un cuerpo que tiende a volver a su posicin o movimiento originales cuando el objeto se aparta de la situacin de equilibrio o movimiento uniforme, como resultado de la accin de unas fuerzas o momentos recuperadores. Un cuerpo en un fluido es considerado estable si regresa a su posicin original despus de habrsele girado un poco alrededor de un eje horizontal. Las condiciones para la estabilidad son diferentes para un cuerpo completamente sumergido y otro parcialmente sumergido (se encuentra flotando). Los submarinos son un ejemplo de cuerpos que se encuentran completamente sumergidos en un fluido. Es importante, para este tipo de cuerpos, permanecer en una orientacin especfica a pesar de la accin de las corrientes, de los vientos o de las fuerzas de maniobra.

Condicin de estabilidad para cuerpos sumergidos: la condicin para la estabilidad de cuerpos completamente sumergidos en un fluido es que el centro de gravedad (G) del cuerpo debe estar por debajo del centro de flotabilidad (B). El centro de flotabilidad de un cuerpo se encuentra en el centroide del volumen desplazado, y es a travs de este punto como acta la fuerza boyante (flotacin) en direccin vertical. El peso del cuerpo acta verticalmente hacia abajo a travs del centro de gravedad. Cuando un cuerpo est totalmente sumergido pueden ocurrir tres casos segn el centroide del lquido desplazado (B), est sobre, coincida o est ms abajo que el centro de masa o centro de gravedad del cuerpo (G). La figura 1 ilustra los tres casos. En el primer caso, no aparece par al girar el cuerpo, luego el equilibrio es indiferente. En el segundo caso, la fuerza de empuje acta ms arriba del peso, luego para una ligera rotacin del cuerpo, aparece un par que tiende a restaurar la posicin original, en consecuencia este equilibrio es estable. En el ltimo caso, el par que se origina tiende a alejar el cuerpo de la posicin de equilibrio, lo cual es en consecuencia la condicin de cuerpo inestable.

Fig. 1 Estabilidad de cuerpos sumergidos.

Condicin de estabilidad para cuerpos flotantes: la condicin para la estabilidad de cuerpos flotantes es que un cuerpo flotante es estable si su centro de gravedad (G) est por debajo del metacentro (M). El metacentro se define como el punto de interseccin del eje vertical de un cuerpo cuando se encuentra en su posicin de equilibrio y la recta vertical que pasa por el centro de flotabilidad (B) cuando el cuerpo es girado ligeramente.

Fig. 2 Estabilidad de cuerpos flotantes.Descripcin del EnsayoEl ensayo de empuje y estabilidad nos describe la manera de la cual se pueden comportar los objetos sumergidos en algn liquido al momento de que estos experimenten fuerzas externas para observar el comportamiento del cuerpo flotante; en el laboratorio lo realizamos para el estudio de un barco para observar la reaccin cuando por el ensayo se realiz el movimiento los pesos, hacemos que el metacentro, el centro de gravedad y el centro de empuje experimenten un cambio al mismo tiempo que se mueven los pesos y as poder observar lo sucedido.

Se dice que al momento de que se realicen los cambios en los pesos estamos haciendo un momento que afecta los puntos antes mencionados y as ver si es estable o inestable.

La metodologa utilizada fue la siguiente:

Se establecieron 9(nueve) medidas distintas para observar el ngulo de inclinacin del cuerpo sumergido. Estas medidas fueron tomadas en dos ejes en el eje Y y X en cada medida se obtuvo un ngulo de desplazamiento. Este ngulo fue medido por un compaero de laboratorio. El ngulo medido se le resto un cierto desplazamiento que se pudo observar.

Los pasos para el ensayo fueron los siguientes:

Fije el cilindro vertical a la primera altura con respecto del pontn; y se realiza este paso con las siguientes medidas pedidas.

Coloque el cuerpo flotante en un depsito de agua con sumo cuidado

desplace el cilindro horizontal a las tres medidas pedidas.

Tome las lecturas para cada desplazamiento

extraiga el objeto con el mismo cuidado que se coloc al principio

desatornille el cilindro vertical y coloque a la medida de la segunda altura y repita los pasos anteriores para cada distinta altura.

Equipo Utilizado depsito de agua pontn

metro para realizar las mediciones de alturas

desatornillador para ajustar el peso verticalDatos del LaboratorioDATOS DEL LABORATORIO

Distancia del CilindroAltura del Cilindro vertical

Angulo de Inclinacin

Yh= 15cmYh= 25cmYh= 31cm

1.5123

3246

4.53.55.58.5

GraficasYh=15

Angulo de EscoraPosicin Cilindro Horizontal

11,5

23

3,54,5

Ecuacin del Grafico

y = 1.3279x - 0.209 Yh=25

Angulo de EscoraPosicion Cilindro Horizontal

21,5

43

5,54,5

Ecuacin del Grafico

y = 0.8514x - 0.5473 Yh=31

Angulo de EscoraPosicion Cilindro Horizontal

31,5

63

8,54,5

Ecuacin del Grafico

y = 0.6x - 0.6 Variacin de Posicin de Cilindro Vertical vrs. Pendiente angular dx/ddx/dYh

1.327915

0.851425

0.631

Ecuacin del Grafico

y = -21.851x + 43.91 dx/dYhMCCGMcex

0,238,13960,84566,0288266,874426-5,31093664

0,434,32321,69125,3227927,013992-3,38853994

0,532,4152,1144,9697757,083775-2,4273416

0,826,69043,38243,9107247,2931240,45625344

23,7928,456-0,325488,1305211,9906336

Bibliografa

Consulta va Web http://www.monografias.com/trabajos12/mecflui/mecflui.shtml http://es.wikipedia.org/wiki/Estabilidad_transversal http://fluidos.eia.edu.co/tfluidos/guiaslabfluidos/labestabilidad.htmlLibro

Streeter, Vctor. MECANICA DE LOS FLUIDOS, Mexico, McGraw-Hill. Octava Edicion,1993.585

Bloque de Aluminio

Bloque de Madera

G

G

G

B

B

B

G

G

B

B

M