Principio de Arquímedes: definición, fórmula y ejemplos

¿Qué es el principio de Arquímedes?

¿Alguna vez has escuchado a alguien decir: ‘Lo que sea que haga flotar tu bote’? Bueno, la respuesta siempre debería ser ‘flotabilidad’.

La fuerza de flotación es la fuerza aplicada hacia arriba sobre un objeto por cualquier fluido. El principio de Arquímedes establece que la fuerza de flotación aplicada a un objeto es igual al peso del fluido que el objeto desplaza.

Una mirada más cercana

Echemos un vistazo más de cerca a esta definición. Primero, necesitamos entender el ‘desplazamiento’.

Según cuenta la historia, Arquímedes se sirvió un día un baño tibio y, cuando entró, se dio cuenta de que el nivel del agua había subido. Luego determinó que cuanto más de su cuerpo metía en el baño, más alto era el nivel del agua.

Esto significa que el volumen de su cuerpo que puso en el agua tuvo que mover o desplazar el agua para que pudiera caber en el baño. Por lo tanto, el desplazamiento en este contexto es cuando un objeto mueve un fluido para que pueda ocupar el volumen que ocupaba originalmente el fluido.

Ejemplo: el acorazado

Usemos un acorazado como ejemplo. Un acorazado está hecho de acero. En este momento, puede estar diciendo: ‘¡Pero el acero no flota!’ Entonces, ¿cómo puede flotar un acorazado?

Mira la imagen del acorazado. Ahora imagina trazar una línea donde el agua sube por el casco del barco. Luego, llene el casco del barco con agua hasta esa línea. ¿Cuánto crees que pesaría el agua? Si dijiste «mucho», tienes razón. ¡Pesaría tanto como el barco entero!

Acorazado flotante

El peso del agua para llenar el casco del barco pesa lo mismo que el barco, por lo que el agua aplica una fuerza de flotación sobre el barco con esta fuerza. Por lo tanto, ¡el barco de acero flota!

Ejemplo: Ice Cube

Veamos otro ejemplo. Si pone un cubo de hielo en un vaso de agua, el cubo flota porque el hielo es menos denso que el agua. Entonces, el hielo bajo el agua desplaza ese volumen de agua.

Para facilitar las cosas, diremos que el cubo de hielo es un cubo perfecto, donde cada lado mide 1 cm de largo. Digamos también que el cubo de hielo está flotando de modo que 0,8 cm están bajo el agua. ¿Cuánto pesa el cubo de hielo? Para determinar eso, repasemos algunos cálculos.

Calcular el desplazamiento

Recuerde que el principio de Arquímedes establece que el peso del fluido desplazado es la fuerza de flotación. Por lo tanto, necesitamos saber cuánta agua se desplaza.

Si 0,8 cm están bajo el agua, entonces podemos encontrar el volumen de esa forma multiplicando los tres lados. En este caso, solo queremos el volumen del cubo que está bajo el agua, por lo que multiplicamos el largo y el ancho por la cantidad de altura que está sumergido.

V = 1 cm * 1 cm * 0,8 cm

Multiplicar 1 * 1 * 0.8 = 0.8

Multiplicar las unidades nos da centímetros cúbicos.

V = 0,8 cm ^ 3

Dado que 1 centímetro cúbico es 1 ml, podemos convertir directamente a volumen en mililitros.

V = 0,8 ml

La densidad del agua es 1 g / ml (un gramo por mililitro), por lo que la masa de esa cantidad de agua es 0,8 gramos.

m = 0,8 g

Aún no hemos terminado. La masa es la cantidad de material que hay en algo, pero el peso es la fuerza que el material empuja hacia la Tierra. Para encontrar el peso de la masa, necesitamos convertir la masa en kilogramos. Un kilogramo es igual a 1.000 gramos, por lo que dividimos nuestra masa por 1.000 para obtener 0.0008 kg.

m = 0,8 g * (1 kg) / (1000 g) = 0,0008 kg

Luego multiplicamos por la constante gravitacional de la Tierra, que es 9,8 m / s ^ 2.

Esto nos dará el peso del agua desplazada en newtons.

0,0008 kg * 9,8 m / s ^ 2 = 0,00784 N

Resumen de la lección

El principio de Arquímedes es que cualquier objeto que esté rodeado por un fluido está siendo elevado por ese fluido. Esta elevación es la fuerza de flotación, que es igual al peso del fluido que desplaza el objeto. Por lo tanto, cuanto mayor es el desplazamiento, mayor es la fuerza de flotación y cuanto más pesado es el líquido, mayor es la fuerza de flotación.

Términos clave del principio de Arquímedes

• Principio de Arquímedes : establece que un objeto rodeado de fluido se eleva
• Fuerza de flotación : esta fuerza es igual al peso del fluido que desplaza
• Desplazamiento : cuando un objeto mueve un fluido para que pueda ocupar el volumen que ocupaba originalmente el fluido

Los resultados del aprendizaje

Una vez finalizada esta lección, los alumnos deberían poder:

• Ilustre cómo funciona el principio de Arquímedes
• Definir desplazamiento y fuerza de flotación.
• Modele cómo determinar el desplazamiento matemáticamente

Rodrigo Ricardo Editor y fundador