Principio fundamental de la hidrostática de Arquímedes

En esta entrada vamos a hacer un sencillo experimento relacionado con el Principio Fundamental de la Hidrostática de Arquímedes. Para ello, comenzaremos analizando los instrumentos de medida que utilizaremos (Báscula, calibre y dinamómetro) y realizando una serie de cálculos y de experimentos llegaremos al famoso Principio.

Las principales características de un instrumento de medida son la rapidez, la exactitud, la precisión y la sensibilidad. La diferencia entre precisión y exactitud es que para que un aparato sea exacto debe acertar con la medida y además, ser preciso.


Báscula: Su precisión gira en torno al gramo o al kilogramo en las básculas que pesan personas. No destaca por su precisión. Es rápida, pero no sensible, ya que al variar la masa no sustancialmente, la medida no varía.

Dinamómetro: Es un instrumento de medida
muy preciso, ya que su desviación está en torno al 0,3 % aproximadamente.Es muy sensible ya que hay que calibrarlo por la gravedad, eso causa que sea muy lento.


Calibre: Instrumento de medida especificamente hecho para medir objetos pequeños, por lo que es muy preciso.Al ser un instrumento de alta precisión, es muy lento y sensible.


Según el sistema internacional, el peso se mide en newtons, la masa en kilogramos y el volumen en centímetros cúbicos. Tanto el newton como el volumen son magnitudes derivadas, siendo la fórmula del peso  P=m*g y la del volumen m^3


Ahora vamos a resolver un problema que tiene que ver con los instrumentos de medida citados anteriormente.


Tenemos dos esferas de mismo volumen, pero distinta densidad. Una de ellas, que es plateada, y su masa es de 6,85*10^1 gramos. Y la otra, negra, y su masa es de 2,25*10^1 gramos. La foto de la izquierda es la plateada y la de la derecha la negra.

A continuación medimos sus pesos en el dinamómetro y comprobamos que son, aproximadamente, 6,7*10^-1 N en el caso de la plateada y 2,2*10^-1 N en la negra. Las fotos de la derecha corresponden a la negra y las de la izquierda a la plateada. 

Para confirmar estas medidas calcularemos el peso de ambas esferas usando la fórmula del peso mencionada anteriormente:
Peso bola plateada = Masa bola plateada * Gravedad
Peso bola plateada = 6,85*10^1 g * 9,8m/s^2
Peso bola plateada = 0,0685 kg * 9,8 m/s^2
Peso bola plateada = 6,713*10^-1 N

(Siempre funcionamos en las unidades del SI)

Ahora repetimos el proceso con la bola negra:


Peso bola negra = Masa bola negra * Gravedad

Peso bola negra = 2,25*1^1 g * 9,8 m/s^2
Peso bola negra = 0,0225 kg * 9,8 m/s^2
Peso bola negra = 2,205*10^-1 N


Observando los resultados (6,7*10^-1 N y 6,713*10^-1 N en el caso de la plateada y 2,2*10^-1 N y 2,205*10^-1 N en el de la negra) podemos ver que, pese a variar ligeramente, son muy aproximados y este margen de error puede deberse a muchas causas tales como la limitada precisión del dinamómetro o a un error humano al tomar la medida.

Tras medir el peso y la masa, solo falta calcular el volumen y, para ello, el diámetro. Con el calibre hacemos estas medidas. Como podemos comprobar en las imágenes el diámetro de ambas bolas es de 2,5 cm. Así que el radio es de 1,25 cm. π1,25^3*4/3=8,1771cm^3=8,1771*10^-2m^3* Este es el volumen de ambas bolas aproximadamente. Ahora que tenemos tanto el volumen como la masa, procedemos a calcular la densidad.

Densidad = Masa / Volumen

Densidad Bola Plateada = 6,85*10^1gr / 8,1771*10^-6m^3 = 8,38*10^6gr/m^3

Densidad Bola Negra = 2,25*10^1 gr / 8,1771*10^-6m^3 = 2,75*10^6gr/m^3

Por último, sumergiremos las esferas en agua para comprobar el principio de Arquímedes, la causa de nuestro anterior trabajo. Como vemos en estas imágenes, tomadas después de sumergir las esferas en agua, comprobamos que su peso disminuía pues pasaba de 2,2*10^-1 N a 1,4*10^-1 N en el caso de la bola negra (derecha) y de 6,7*10^-1 N a 5,9*10^-1 N en el de la plateada(izquierda).

Aunque ahora debemos de asegurarnos de que no hemos cometido error alguno, por eso hemos de contrastarlo con la teoría. Para ello recogemos los datos del volumen de las esferas que nos da π1,25³*4/3=8,1771cm³

Sabiendo que el volumen del agua es de 1g/cm^3, deducimos que desalojamos 8,1771g de agua que pasado a N son:

F=0,0081771*9,8/s²

F=8,014*10^-2 N

Redondeado es igual a 0,08N que restándoselo a 0,22 da 0,14 y restándoselo a 0,67 da 0,59 demostrando el principio de Arquímedes.

Introducción al libro.

Gracias a este libro podremos conocer de una forma no demasiado complicada algunos de los experimentos mas bellos de la historia, seleccionados sobre todo por su sencillez y el gran impacto que causaron sobre las ideas de la época. El libro nos mostrará dichos experimentos siguiendo un orden cronológico  para resultar mas ameno y nos será muy util para conocer mas en profundidad tanto a los científicos que los realizaron como a los experimentos en si.

En mi caso, conozco a muchos de los científicos de manera parcial, y aun menos conozco sobre su trabajo, exceptuando un par de experimentos incluidos a los que estoy familiarizado por ser muy conocidos en general.

Otro punto curioso es la portada, la cual nos muestra a Einstein bañandose, que relaciona claramente el primer experimento descrito(La hidrostática de Arquímedes) con Einstein, el último científico mencionado.

 

En cuanto al autor, es un importante catedrático de la universidad de Sevilla responsable de diversas tesis doctorales y partidario de la energía nuclear

Presentación y opinión personal de un gran libro

Con esta entrada pretendo iniciar a los seguidores del blog en un libro llamado "De Arquímedes A Einstein: Los experimentos mas bellos de física" de Manuel Lozano Leyva. En él, el autor nos expone diez experimentos de física en orden cronológico y ,que como nos muestran el título y la ilustración van de Arquímedes a Einstein, el título lo deja claro pero la ilustración es mas sutil pues toma la famosa historia de Arquímedes y la bañera y pone en su a Einstein repitiéndonos que son el alfa y el omega del libro.

Dejando atrás la portada llegamos a la introducción del libro la cual a pesar de su brevedad nos aporta mucha información  como fueron elegidos gracias a una encuesta hecha por la revista Physics World, que va dirigidos a los padres de adolescentes para que animen a sus hijos a debatir y a que se interesen un poco por la física y nos deja entrever un interés oculto que se nos mostrará al final del libro.

Lo mas probable es que la mayoría de ustedes se preguntarán la razón por la que hemos escogido este libro es una razón bastante fácil por nosotros estudiantes de 4º de la ESO y para los que va dirigido el libro pretendemos que jóvenes de nuestra edad se interesen no solo por la física y su historia sino por conocer cosas nuevas y que aprender no solo consiste solo en aburrirse sino en todo lo contrario en divertirse y para ello construiremos el blog a medida que leemos el libro y aunque algunos de los experimentos ya los conoces si bien por que ya los vimos en años anteriores o por el renombre que tienen sus descubridores.

Y por eso les animo a realizar esta experiencia que tendrá un punto a favor el cual es que todos y cada uno de los experimentos se pueden realizar sin grandes costes y con objetos cotidianos.

Y ahora para finalizar hablaré un poco sobre el autor del libro, quien es un catedrático en la universidad de Sevilla cuyo campo es la física nuclear y es responsable de varios proyectos de la US(Universidad de Sevilla)

Análisis personal: José Manuel

Antes de comenzar con el trabajo grupal y entrar en materia, vamos a analizar individualmente tanto la portada como la introducción desde un punto totalmente subjetivo. Y, por último, conseguir algo de información del autor para analizarla.

Personalmente, la introducción es una de las mejores que jamás he leído por su sencillez y su capacidad de centrarse en el tema global. Analiza en únicamente 3 páginas y con un vocabulario accesible el objetivo del libro y en que se basará. Para empezar, escoge muy bien el inicio basándolo en Physics World y su curiosa elección de los 10 experimentos más bellos de la física, haciendo una votación (método curioso para escoger 10 experimentos y mucho más para hacer un libro de ello). Dejando aparte el nombre de cada experimento o la posible concordancia temporal de los mismos, el simple hecho de leer repetidamente el título te permite saber de que va. De Arquímedes a Einstein, Los 10 experimentos más bellos de la Física. Se puede entrever que va en orden cronológico y que tratará sobre 10 experimentos en ese orden dando a conocer algo muy importante, la historia de la Física (o de la Ciencia si voy un poco más allá). Además, la graciosa imagen de la portada relaciona a Arquímedes y sus leyes de la hidrostática y Einstein, que es quien se está bañando en lugar del griego. Volviendo ya al tema de los experimentos y los científicos que los hicieron posibles, puedo decir que conozco a alguno como Arquímedes, Newton, Galileo, Erastótenes o Einstein, pero en el fondo casi todos me suenan de pasada. Poco o nada se de ellos y su trabajo en el mundo de la Física y, exceptuando los más comunes, ni idea de sus experimentos.

Manuel Lozano Leyva

Sin duda alguna una persona muy importante en la Física española que, aparte de su contribución en libros como este, es catedrático y ha dirigido 12 tesis doctorales (como se estipula en Wikipedia). Partidario de la energía nuclear, se basa muchas veces en el pensamiento: Si Nucleares no, Petroleo sí. Así se puede resumir al curioso autor de este libro que, espero, de mucho de que hablar en nuestro blog.