Mecánica de fluidos

Proyecto tecnológico

 1. Identificación del Problema:

Caso científico: Desde la perspectiva científica, el problema empieza en la necesidad de verificar experimentalmente el Principio de Arquímedes, que establece que un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del fluido desplazado. Este experimento tiene como objetivo comprender y demostrar cómo la densidad de un objeto en relación con la densidad del agua afecta su capacidad de flotar, hundirse o mantenerse en equilibrio. Esto no solo valida un principio físico fundamental, sino que también ayuda a comprender mejor los conceptos de densidad, flotabilidad y desplazamiento de fluidos

Caso tecnológico:  En el contexto tecnológico, es crucial entender cómo se comportan los objetos cuando son sumergidos en un fluido es crucial para diversas aplicaciones, como la construcción de embarcaciones, submarinos, y otros dispositivos que interactúan con fluidos. El problema específico en este proyecto es demostrar como diferentes materiales, con distintas densidades, se comportan cuando son sumergidos en agua, para establecer criterios de diseño en ingeniería. Esto es importante para determinar la flotabilidad de un objeto, asegurando que el diseño final sea seguro y eficiente para el propósito tecnológico que se busca cumplir.

2. Exploración:

Para llevar a cabo este proyecto, es esencial tener una comprensión sólida del Principio de Arquímedes, así como de los conceptos relacionados con la mecánica de fluidos, como la densidad, el volumen, y la flotabilidad.

Mecánica de fluidos: La mecánica de fluidos es una rama de la física que estudia el comportamiento de líquidos y gases, y las fuerzas que actúan sobre ellos. En este contexto, analiza cómo la presión y el volumen de los fluidos influyen en la flotabilidad de los objetos sumergidos.

Principio de Arquímedes: El Principio de Arquímedes afirma que un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje hacia arriba igual al peso del fluido desplazado. Si el objeto es menos denso que el fluido, flotará; si es más denso, se hundirá; y si tiene la misma densidad, se mantendrá suspendido.

Densidad y Flotabilidad: La densidad de un objeto es su masa dividida por su volumen (d = m/V). La flotabilidad de un objeto depende de cómo se compara su densidad con la del fluido en el que está sumergido. Es importante investigar cómo calcular estos valores y aplicarlos en situaciones prácticas.

3. Diseño:

El diseño del experimento se basa en preparar tres recipientes con agua y agregar sal en distintas concentraciones. En el primer recipiente se utilizará agua pura, en el segundo se agregará una cantidad moderada de sal, y en el tercero se añadirá una cantidad mucho mayor de sal. Se colocará un huevo en cada recipiente, con el objetivo de que en el primero el huevo se hunda, en el segundo se quede en el medio del agua, y en el tercero flote. Esto permitirá observar cómo la concentración de sal afecta la flotabilidad.

4. Planificación:

Se debe organizar el experimento por etapas. Primero, reunir los materiales: tres recipientes, agua, sal, huevos, y una balanza para medir la cantidad exacta de sal. A continuación, se llenarán los recipientes con agua, midiendo cuidadosamente la cantidad de sal que se añade a cada uno. Después, se colocarán los huevos en los recipientes y se observará su comportamiento en cada uno. También se deben registrar los resultados en términos de flotabilidad y densidad del agua en cada recipiente.

5. Construcción:

La ejecución del experimento implica preparar los recipientes con agua y sal, asegurándose de que las cantidades sean precisas. Se introducen los huevos en cada recipiente, uno a uno, y se observa si el huevo flota, se hunde o permanece en equilibrio. Se tomarán notas sobre el comportamiento de los huevos en cada caso y se registrarán las observaciones de manera detallada. Durante la construcción se verifica que las condiciones sean constantes, como la temperatura del agua.

6. Exploración:

En esta fase se evalúan los resultados obtenidos. El huevo en el primer recipiente (agua pura) debería hundirse debido a que la densidad del huevo es mayor que la del agua. En el segundo recipiente, con agua ligeramente salada, el huevo debería permanecer en equilibrio, flotando a la mitad del agua. En el tercer recipiente, con una alta concentración de sal, el huevo debería flotar en la superficie. Si los resultados coinciden con las predicciones basadas en el Principio de Arquímedes, el experimento será exitoso. De lo contrario, se identificarán posibles errores y se hará un análisis de las condiciones que podrían haber afectado los resultados.

Peso de el recipiente.

Masa del recipiente con 800ml de agua.

Masa del huevo.

Huevo ya sumergido en el agua

El agua subió aproximadamente 61ml con el huevo, donde pasó de 800ml a 861ml. La masa del agua es de 865 y su volumen es de 800ml. En total, la densidad del agua es de 1,006 aproximadamente, en donde usamos la formula de d=m/v (densidad es igual a masa sobre volumen).

La densidad del huevo es de 1,0491 g/ml, al haber hallado todos estos datos sabemos que el huevo es más denso que el agua.