

FISICA
PROYECTO FLUIDOS
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Construcción
















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Descripición
Cuando uno es pequeño, va a un lago y tira una roca, esta se sumerge, al contrario de si uno mismo entra el agua y sostiene el aire en sus pulmones; nosotros como estudiantes nos preguntamos porque sucede esto y decidimos hacer un experimento para hallarle explicación.
Para el desarrollo de este experimento decidimos utilizar una botella cortada a la mitad, de esta forma al llenarla con agua sería más sencillo introducir en el agua el icopor, la bola de ping pong y la plastilina dentro del líquido. Para comenzar observamos cual era el comportamiento de los tres objetos al interactuar con el líquido. Se comprobó que la plastilina se hundía; el icopor flotaba con una parte parcial dentro del líquido; el ping pong flotaba completamente, casi nada de su volumen estaba dentro del agua. Para que la pelota de ping pong se hundiera fue necesario ejercer una fuerza sobre ella, entre más se hundía más fuerza se debía ejercer, hasta que se llegaba a un punto donde el ping pong estaba completamente sumergido, en ese momento no era necesario ejercer tanta fuerza como cuando estaba parcialmente afuera.
No obstante esto para nuestra curiosidad no fue suficiente y decidimos utilizar los mismos materiales de manera distinta, el primer material que modificamos fue la plastilina, moldeándola para que tuviera una forma curva de canoa, en esta modificación la plastilina flotaba. La segunda modificación fue la del ping ping, ya que este flotaba demasiado bien decidimos atarla al piso de la botella con una cuerda, además de esto íbamos agregando de a poco más agua en la botella, el ping pong floto hasta que la cuerda estuvo completamente templada, una vez esto paso la pelota quedo flotando a la altura máxima que permitía la cuerda, sin importar cuanta más agua se introdujera en el recipiente.
Por último y para comprobar que el líquido sigue efectivamente la forma de su recipiente, metimos un vaso en un recipiente lleno de agua hasta el fondo. Una vez el vaso estaba completamente hundido en el recipiente lo sacamos poco a poco sin que a este le entrará el aire. Al ver que el agua seguía dentro del vaso comprobamos que el líquido efectivamente se moldea conforme su recipiente.
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Representación
Para poder llegar a un completo entendimiento a lo que ocurrio en los diversos experimentos, primero se elboraron unos diagramas de cuerpo libre y se sumaron las fuerza. En donde Fp a la fuerza de peso; Fr a la fuerza de repulsión; Fs fuerza de superficie; Fd a la fuerza aplicada por el dedo; Fa a la fuerza del aire; y Fc a la fuerza de la cuerda.
Primer caso
Segundo y tercer caso
Cuarto caso
Quinto caso
Sexto caso
Septimo caso












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Explicación
Para representar de manera precisa y cientifica, primero se aplicaron algunos principios de la mecanica de Newton al elaborar diagramas de cuerpo libre, como los que se pueden observar en la etapa de representación. Luego se tomaron encuenta las siguientes formulas:
Siendo Fr la fuerza de empuje; V el volumen desplazado; d la densidad del líquido y g la gravedad. En la otra formula Fp hace referencia a la fuerza de peso y m la masa.
Como el líquido usado es agua, la densidad es igual a 1000kg/m3. Se tomara la gravedad en todos los casos como 9.8m/s2. De tal manera que la formula queda reducida a:
En el primer caso, se tiene un recipiente lleno de agua al cual se le introdujo una esfera de plastilina. Esta se hundió por completo hasta llegar al fondo. Esto se debe a que la fuerza de peso de la plastilina es mucho mayor a la fuerza de empuje del agua. Al llegar al fondo la fuerza de superficie actua con la misma magnitud que la fuerza de peso, pero en dirección contraria, anunladoce mutuamente.
Al mismo recipente, con la misma cantidad de agua, se le introdujo uan pelota de pin pong. Se pudo observar que un porcentaje del volumen de la pelota se hunde, hasta que la fuerza de empuje iguala a la fuerza de peso de la pelota.
Como la densidad del plastico es menor que la del agua por unas cuantas unidades, un pequeño porcentaje del ping pong queda debajo de la superficie del agua, mientras que el porcentaje que queda se mantiene por encima de esta.
En el tercer caso se puso una bola de icopor dentro del recipiente lleno de agua. Se pudo observar que el icopor flotaba al igual que el pin pong. El icopor se mantenia en la superficie debido a que es menos denso que el agua, mas no por su forma.
En este caso primero se introdujo una pelota de pin pong dentro del recipiento. Luego, con el dedo, se trato de hundir lo más posble. La fuerza del dedo se sumaba con la fuerza de peso haciendo que hubiera una mayor magnitud de fuerzo hacia abajo, por esta razón, se pudo ver como a medida de que se iba metiendo el dedo, más agua se desalojaba. Como consecuencia de esto, la fuerza de empuje iba haciendose cada vez más grande, haciendo que se requiera más fuerza para hundir la pelota.
Después se cogio un pedazo de plastilina de la misma masa de la esfera de plastilina previamente puesta, la cual se hundió, y se moldeo en forma de una canoa. Este floto y desplazó un volumen de agua mayor al que había desplazdo la bola hecha con el mismo material. Aunque estas dos tienen la misma desidad, la forma de la segunda hace que este flote. Al igual que el pin pong, que tenía una densidad mayor a la del agua, su forma hace que posea un volumen de aire, el cual es menos denso del agua. Al sumar el volumen del aire y el de la platilina, una mayor cantidad de agua sea desplazada, haciendo que la magnitud de la fuerza de empuje sea igual a la fuerza de presión.
El sexto caso consistió en poner una pelota de pin pong amarrada a una cuerda que estaba atada en la parte inferior de la botella. A medida que el agua iba subiendo, la cuerda se empezaba a tensionar cada vez más. Esto se debe que al haber un mayor volumen de agua, mayor es la fuerza de empuje vertical hacia arriba. La sumatoria de la fuerza de peso y la fuerza de la cuerda contraresta la fuerza de empuje, haciendo que el sistema este en completo equilibrio.
Por último se puso un vaso dentro el agua, en diferentes posiciones; los resultados dependian de en que posición se introducia el vaso en el recipiente lleno de agua. Cuando el vaso se puso bocabajo en el agua, este quedo flotando con un poco de aire en la parte superior. Como se puso inmediatamente en el agua, una cantidad de aire no alcanzó a salir, haciendo que este quedara en la parte superior del vaso. Por esta razón el vaso hecho de vidrio, un material con mayor densidad del agua, queda flotando en el agua, por el mismo motivo del experimento de la plastilina en forma de canoa y el pin pong; el aire, como ya se sabe, es menos denso que el agua, por lo que no se hundia en esta, sino que emplementaba una fuerza hacia arriba, manteniendo un porcentaje del volumen del vaso sobre la superfecie. En cambio, cuando el vaso se llenaba de agua, este se hundía, ya que no tiene aire, y su densidad es mayor que la del agua. También se pudo ver que cuando el vaso se sostenía bocabajo, el agua dentro del vaso estaba en el mismo nivel que el agua que estba por fuera. Esto se debe a que, dentro del vaso, no había ninguna fuerza vertical hacia abajo, por ende el agua quedaba a la misma altura.



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Modificación





Para culminar con la experimentación hicimos una modificación del experimento original, Convertimos el pingpong en un dispositivo para medir la densidad de otros liquidos como el shampoo. Para esto introdujimos el producto dentro de la bola, nos aseguramos que este no se escapará por ningun medio de la pelota y como ya teniamos la densidad de la pelota lo unico que tuvimos que hacer fue dejar caer la bola en el agua y medir cuanta agua se desalojo, obtener la densidad del objeto total (la pelota y el shampoo) y a este resultado restarle la densidad del ping pong. Este metodo se puede utilizar para muchas sustancias.