1. Laboratorio de Fisica Calor Ondas
PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
Alix Sarit Gómez Rueda
Email: galix@uninorte.edu.co
Ingenieria de sistemas
Oswaldo De la Ossa T.
Email: tovaro@uninorte.edu.co
Ingenieria de sistemas
Eduardo Escobar Martinez
Email: eeduardo@uninorte.edu.co
Ingenieria de sistemas
Orlando Andrade
Email: andradeorlando@uninorte.edu.con
Ingenieria de sistemas
Abstract
If you have ever wondered why we think that when we go to a pool our body tend to
weigh less and also why some objects tend to weigh less in water than in air or even
come to fully float.The answer is called the Arquimedes principle which we will
demonstrate through weigh objects in water and then based on that data, we will find
unknown data (densities, weights and buoyant forces) and we would notice Arquimedes
formula is valid for our experiment and any case in general.
Resumen
Si alguna vez nos hemos preguntado porque parece que cuando entramos a una piscina
tendemos a pesar menos y también porque algunos objetos tienden a pesar menos en el
agua que en el aire o incluso llegan a flotar totalmente. La respuesta es por el llamado
principio de Arquímedes el cual vamos a demostrar a través de pesar objetos en agua
para luego con base a esos datos hallar datos desconocidos (densidades, pesos y fuerzas
boyantes) y encontrar que la formula de Arquímedes es valida para nuestro
experimento y cualquier caso en general.
Introducción
Poder comprobar experimentalmente lo dado con teoría en las clases de física es lo que
busca cada uno de los laboratorios de esta área. En esta oportunidad, iniciamos en el
tema de fluidos, analizando el principio de Arquímedes, que explica el empuje que hace
un fluido sobre un objeto con cierta densidad y volumen.
De esta manera, utilizando objetos de diferente material (aluminio y madera) y forma
(cilíndrica e irregular), el sensor de fuerza y el agua como fluido y aplicando el
principio mencionado calcularemos las densidades de los objetos y estudiaremos las

2. Objetivo general
Aprender a aplicar el principio de Arquímedes para hallar la densidad de un
objeto que flote o que se sumerja en el fluido utilizado determinando qué
factores influyen en la toma de estos cálculos y cuáles no
Objetivos específicos
 Utilizar correctamente la fórmula del principio de Arquímedes para hallar
densidades o volúmenes desconocidos.
 Identificar si factores como la profundidad o el empuje del aire influyen en estos
casos.
 Poder notar que fuentes pueden generar errores en la toma de los datos fuentes
que pueden o no influir en estos cálculos como: la profundidad, la presión del
aire, etc.
Marco teórico
Principio de Arquímedes
El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta
un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.
La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en las
figuras:
1. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto
del fluido.
2. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma
forma y dimensiones.
Fig. 1
Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

3. Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con
el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de
separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un
elemento de superficie.
Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas
debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta
resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la
porción de fluido, denominado centro de empuje.
De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple
Empuje=peso=ρf·gV
El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido ρf por la
aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V.
Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y
dimensiones.
Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y
dimensiones. Las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que
hemos denominado empuje es la misma y actúa en el mismo punto, denominado centro
de empuje.
Lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el centro de
masa, que puede o no coincidir con el centro de empuje.
Fig. 2
Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no
tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto.
En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por
tanto, coinciden el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.
Procedimiento experimental
El desarrollo de nuestra práctica de laboratorio consta de dos casos: uno donde el objeto
a utilizar se sumerge totalmente en el agua sin tocar el fondo del recipiente, otra donde

4. el objeto se sumerge totalmente tocando el recipiente y por último, donde el objeto flota
sobre el mismo líquido. Para cada situación llevamos a cabo los siguientes pasos:
 Situación 1: Objeto que se sumerge totalmente en el agua sin tocar el
fondo del recipiente
El objeto utilizado tiene forma cilíndrica y es de aluminio.
Nuestro primer paso fue colgar el cilindro al sensor de fuerza y tomar este dato.
Luego sumergirlo en agua sin soltarlo del sensor de fuerza y evitando que toque el
fondo del recipiente de agua, anotamos así este nuevo resultado. Las dos situaciones
pueden observarse a continuación en las fotografías tomadas en el laboratorio.
 Situación 2: Objeto que se sumerge totalmente en el agua tocando el
fondo del recipiente
El objeto utilizado es el de la primera situación: de aluminio y cilíndrico.
En esta situación sólo tomamos como dato el arrojado por el sensor cuando se cuelga el
cilindro, se sumerge en agua y se deja que éste toque el fondo del recipiente. Se anexa
igualmente la fotografía de la experiencia.

5.  Situación 3: Objeto que flota en el agua
El objeto utilizado tiene forma irregular y es de madera.
Nuestro primer paso fue colgar el cuerpo de madera al sensor y tomar este dato.
Después, teniendo en cuenta que la madera flota, para poder tomar nuestro siguiente
dato con el cuerpo sumergido, colgamos de la madera una plomada, las sumergimos en
agua sin dejar que toquen el fondo del recipiente. Por último, anotamos el dato que
arroja el sensor al colgarle la plomada y sumergirla en agua. A continuación se
muestran las fotografías de esta nueva situación.
Datos obtenidos
Situación Pasos Fuerza (N)
1 En el aire 1.94
En el agua 1.22
2 En el agua 0
3 Madera en el 0.24
aire
Madera con 1.73
plomada en el
agua
Plomada en el 1.86
agua
Análisis y discusión de resultados
Situación 1:
 ¿Por qué ignoramos el empuje del aire al tomar nuestro primer dato con el
objeto colgado en el sensor de fuerza en el aire?

6. No tomamos en cuenta este empuje porque la densidad del aire es muy pequeña:
1.29 kg/m3 y su efecto en la tensión tomada por el sensor es despreciable
 ¿Importa la profundidad del sólido en el agua?
Como la fuerza de empuje sólo depende de la densidad del fluido, el volumen
del objeto sumergido y de la gravedad, no importa a qué distancia de la
superficie se sumerja el objeto.
 Hallar la densidad del objeto. Sabiendo que la densidad del objeto es
ρc = 2700 kg / m3
T0 – mg = T0 - ρcVcg = 0 (1)
T + Fflot - mg = T + ρaVcg - T0 = 0 (2)
Tenemos entonces que:
ρc = mc/ Vc por tanto Vc = mc / ρc (3)

7. Reemplazando (3) en (2)
T + ρa (mc / ρc)g – To= 0
Despejando ρc
ρc = T0ρa / (- T + T0) = (1.94 N)(1000 kg/m3) / (1.22 N – 1.94 N) = 2694 kg/m3
 Hallar el volumen del objeto tomando sus dimensiones y hallar nuevamente la
densidad
M= 198.58 gr
Diámetro= 4.45cm
h= 4.7
V= π (0.0225)2 (0.047) = 7.34 * 10-5
ρc = m / v = 2705 kg/m3
 Fuentes de error y porcentaje de error
La posible causa de error en esta práctica es el balanceo en el que queda el
objeto después de que se cuelga del sensor, ya que hace que el sensor de fuerza
nos de varios valores
PE = [(2700-2694)/2700] * 100= 0.22%
Situación 3:
 Hallar la densidad del objeto. Teniendo en cuenta que los rangos en los que
oscila las densidades de las maderas es entre 400 kg/m3y 700 kg/m3
T0 = Wm (1)

8. Tto + Fflotm+ Fflotp - Wm – Wp = 0 (2)
Tp = - Fflotp + Wp = 0 (3)
Reemplazando (3) en (2)
Tto + Fflotm - Wm – Tp = 0
Tenemos entonces que:
Ρm = mm / Vm por tanto Vm = mm / ρm (4)
Reemplazando (4) en (3)
Tto + ρa (mm / ρm)g - Wm – Tp= 0
Despejando ρm
ρm = Wm ρa / (-Tto + Wm + T0) = (0.24 N)(1000 kg/m3) / (-1.73 N +0.24N+1.86 N)
ρm = 648.6 kg/m3
 Fuentes de error
La posible causa de error en esta práctica es el balanceo en el que queda el
objeto después de que se cuelga del sensor, ya que hace que el sensor de fuerza
nos de varios valores.
PE = [(670-648.6)/670] *100= 3.19%
Preguntas:

9. ¿Qué mecanismo utilizan los submarinos para sumergirse o al salir a flote en el mar? Explique.
Los submarinos utilizan un sistema de tanques o depósitos, los cuales se llenan de agua
o aire dependiendo de si se sumerge o flota.
Cuando un submarino esta en la superficie, dichos depósitos están llenos de aire
comprimido. Para hundirse admite en ingreso de agua y la salida del aire.
De este modo, a través de un cambio controlado del peso, un operador puede maniobrar
para hundir o sacarlo a flote.
¿Qué efecto tiene la densidad sobre un objeto sumergido parcialmente o totalmente en un
líquido? Justifique su respuesta.
Si la densidad del objeto es mayor que la del líquido, entonces el objeto se hunde.
Pero si la densidad el líquido es mayor, el objeto flotara. Esto es debido a que la fuerza
de empuje depende de la densidad del líquido y del volumen del objeto que se encuentre
sumergido en dicho líquido.
¿Si el cilindro tocara el fondo del tanque existiría fuerza de empuje?
Si existe la fuerza hacia arriba de flotación sobre el cuerpo cuando se encuentra en la
base del recipiente porque el principio de Arquímedes establece que todo objeto
sumergido en un fluido parcial o totalmente el fluido se desplazara por el volumen de
dicho sólido y se nota que el nivel del agua sube al insertar el objeto hasta el fondo por
lo tanto si se cumple la fuerza de flotación ya que se esta cumpliendo el principio de
Arquímedes.
Conclusión
Con el anterior informe se pretendió demostrar mediante experimentos en condiciones
reales en el laboratorio el empuje originado por el agua y el aire. Se determinó que el
empuje de un fluido depende de su densidad y el volumen que pueda tener el objeto
sumergido en dicho fluido. De igual manera al cambiar del aire al agua se pudo apreciar
la variación del peso del objeto colgante, debido a la diferencia del empuje entre los dos
fluidos.
Referencias bibliográficas
[1] http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/arquimedes/arquimedes.htm
[2] Hugh D. Young, Roger A. Freedman, Física Universitaria décimo segunda edición
Vol. 1. Pearson. Mexico 2009.