4. Principio de Arquímedes
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Seguro que sabes que el hielo no se hunde cuando se introduce en agua. Fíjate en la imagen de un iceberg flotando. Y es posible que tú mismo hayas percibido la sensación de flotar cuando te bañas en el mar. Es como si el agua salada contribuyese a mantenerte a flote: tu peso está siendo contrarrestado por una fuerza que va hacia arriba, que se denomina empuje.
Hace más de 2000 años, el matemático y físico griego Arquímedes descubrió cómo calcular el empuje. Parece ser que encontró la solución cuando se metió en una bañera llena de agua para tomar un baño. La leyenda dice que salió corriendo gritando eureka, que significa ya lo tengo.
En el simulador siguiente puedes ver cómo al sumergir una bola en un líquido, su peso aparente es menor que cuando se pesa en el aire, debido a la aparición del empuje ejercido por el líquido.
Y en este otro simulador puedes ver los aspectos más importantes del principio de Arquímedes.
Revisa las pantallas de la simulación para poder hacer los ejercicios que se plantean a continuación.
Ejemplo o ejercicio resuelto
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¿Por qué salta la pelota?
Observa en la primera pantalla que cuando una pelota que flota en agua la sumerges y la sueltas, sube cada vez más deprisa y salta sobre el agua. ¿Por qué?
Actividad de Lectura
Factores que influyen en el empuje
Realiza todas las actividades propuestas en el simulador y deduce de qué factores depende el empuje que realiza un líquido sobre un sólido sumergido en él.
Ejemplo o ejercicio resuelto
Cálculos aplicando el principio de Arquímedes
Fíjate ahora en la tercera pantalla de la simulación. Ahí puedes observar que el peso aparente de la pesa disminuye a medida que se va sumergiendo en agua.
a) Determina qué volumen de agua habrá desalojado cuando el peso aparente sea 25 N.
b) ¿Y cuando es de 20 N?
c) ¿Cuál es la densidad del material de que está hecha la pesa?
AV - Reflexión
Comparando peso y empuje
Asocia el valor comparativo del peso y del empuje con la situación de flotación del objeto.
Actividad
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¿Flota o se hunde?
Para saber si un objeto que se coloca en un líquido flota o se hunde, solamente tienes que comparar cómo son su peso y el empuje que actúa sobre él cuando está totalmente sumergido (en ese estado, el volumen sumergido coincide con el del objeto).
Siendo dsólido la densidad del cuerpo y dlíquido la del líquido, cuando el objeto está totalmente sumergido dentro del líquido el peso y el empuje tienen los siguientes valores:
Peso: p = msólido g = Vsólido dsólido g
Empuje: E = peso de fluido desalojado = mlíquido g
E = Vsólido sumergido dlíquido g = Vsólido dlíquido g
Si p > E el cuerpo se hundirá e irá al fondo (dsólido > dlíquido).
Si p = E el cuerpo permanecerá en equilibrio (dsólido = dlíquido).
Si p < E debido a que dsólido < dlíquido el cuerpo ascenderá hasta emerger parcialmente, con lo que el volumen sumergido será menor que el total, y disminuirá el empuje hasta que coincida con el peso (¡fíjate en la imagen del iceberg!).
Actividad de Lectura
En la piscina
En el simulador siguiente tienes dos objetos cúbicos que pueden sumergirse en un líquido. Analiza con detenimiento y compara su comportamiento (flotan, se sumergen totalmente, valores de peso real y peso aparente, ...) cuando se introducen en agua y:
a) Tienen la misma masa.
b) Tienen el mismo volumen.
c) Tienen la misma densidad.
Repite el estudio comparativo cambiando el material del cubo (hielo, porespan, aluminio) cuando se sumergen en otro fluido como aceite, miel, gasolina o aire. ¿A qué se deben las diferencias en su comportamiento?
Actividad
Principio de Arquímedes
Arquímedes estableció que cuando un objeto está total o parcialmente sumergido en un fluido (líquido o gas) experimenta un empuje, vertical y hacia arriba, que tiene por valor el peso del fluido desalojado.
El empuje es una fuerza, y como es una magnitud vectorial hay que determinar su magnitud, dirección y sentido.
Magnitud del empuje: es el peso del fluido desalojado. Depende por tanto de la densidad del fluido y del volumen de éste que es desalojado como consecuencia de la inmersión del sólido. Ten en cuenta que el volumen del fluido desalojado solo será coincidente con el del sólido cuando éste esté totalmente sumergido.
Dirección del empuje: vertical.
Sentido del empuje: hacia arriba.
La fuerza empuje es un ejemplo de fuerza transmitida por contacto y obviamente es ejercida por el fluido en tanto en cuanto el sólido está en contacto con él.
AV - Pregunta de Elección Múltiple  |
¿Dónde está la diferencia?
Como puedes observar en la imagen los pesos del lingote y de la corona son iguales pues la balanza está equilibrada fuera del agua. Cuando se introducen los objetos en el agua, la balanza se desequilibra. Indica qué afirmación de las siguientes es correcta:
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El
peso aparente de la corona es mayor que el del lingote.
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El
peso aparente del lingote es mayor que el de la corona porque tiene menor
densidad que el lingote.
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El
peso aparente del lingote es mayor porque el lingote desaloja menor
volumen de agua.
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El
peso aparente del lingote es mayor porque tiene mayor masa.
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