Cómo flota un objeto pesado
Subamos a un gran crucero. ¿Qué notas debajo de tus pies? Heavy metal sólido, ¿verdad? Sabes que si tomaras un pequeño trozo solitario de metal sólido y pesado y lo pusieras en el agua, se hundiría. Entonces, ¿cómo diablos se ha mantenido a flote el crucero en el que estás parado?
Bueno, todo es gracias al concepto de flotabilidad. Definamos la flotabilidad, le demos la ecuación mágica y trabajemos juntos en un ejemplo.
¿Qué es la fuerza de flotación?
La flotabilidad es, básicamente, la capacidad de algo para flotar o elevarse en un fluido. Simple como eso. Más científicamente, la flotabilidad se refiere a una fuerza que surge de la presión ejercida sobre un objeto por un fluido (un líquido o un gas). Como es una fuerza, la llamamos fuerza de flotación .
Puede pensar en la fuerza de flotación como un empuje hacia arriba, una fuerza que mueve un cuerpo en dirección hacia arriba. En consecuencia, ayuda a contrarrestar el tirón hacia abajo de la gravedad sobre el mismo objeto. La fuerza de flotación existe independientemente de si el objeto está flotando o está sumergido en el fluido, y la magnitud de la fuerza de flotación es igual al peso del fluido que es desplazado por el objeto en cuestión.
Tipos de flotabilidad
Si algo flota positivamente , el objeto flota. Eso es como nuestro crucero. ¿Qué significa esto? Significa que todo este objeto es menos denso que el fluido en el que se encuentra. Ahora, claramente sabemos que el metal que compone nuestro barco es más denso que el agua, por lo que pensamos que se hundiría en el agua. Entonces, tal vez esté confundido por lo que quiero decir cuando digo que el objeto es menos denso que el fluido en el que se encuentra.
En el caso de nuestro crucero, todo el barco debe tener una mayor proporción de espacio vacío a masa que el agua sobre la que está sentado. Es menos denso porque tiene relativamente más espacio vacío que masa, eso es todo. En el caso de flotabilidad positiva, la fuerza de flotación de un objeto es mayor que la fuerza gravitacional, por lo que el objeto flota. Y si sumergiera el objeto, flotaría hacia la superficie. Es como poner un corcho de vino en agua.
Un objeto con flotación neutra tiene una fuerza de flotación que es igual a la fuerza gravitacional, por lo que el objeto no se hunde ni flota. Eso significa que permanece donde está colocado verticalmente en un medio fluido. Los submarinos y los buceadores utilizan este concepto para permanecer en la misma posición vertical dentro del agua.
Finalmente, se dice que un objeto es flotante negativamente si la fuerza de flotación es menor que la fuerza gravitacional. Esto significa que el objeto continuará hundiéndose, obviamente hacia abajo, hasta que golpee una superficie sólida como el fondo del océano.
Necesito enfatizar el hecho de que el hecho de que un objeto con flotabilidad negativa dentro de un fluido como el agua se haya asentado en el fondo no significa que haya perdido la fuerza de flotación. La fuerza de flotación es simplemente menor que la fuerza gravitacional. Un ejemplo obvio de esto sería arrojar un guijarro a un estanque. Se hundiría porque tiene una flotabilidad negativa, pero aún así tiene una fuerza flotante que actúa sobre ella.
Ahora, es posible que se pregunte por qué existe la fuerza de flotación en primer lugar. ¿Por qué es una fuerza ascendente? Recuerde, el fluido ejerce presión sobre los objetos y la presión ejercida sobre un objeto por el fluido aumenta a medida que aumenta la profundidad. Ergo, la presión en la parte inferior del objeto es siempre mayor que en la parte superior del objeto. Por tanto, existe una fuerza ascendente neta sobre el objeto dentro del fluido.
Ecuación de flotabilidad y ejemplo
Bien, ahora sabemos cuál es la fuerza de flotación. ¿Cuál es la fórmula matemática para ello? De hecho, es bastante simple.
F B = P fluido * V desplazado * g
Donde F B significa fuerza de flotación, ‘P fluido es la densidad del fluido en el que se encuentra el objeto, V desplazado es el volumen del fluido desplazado y g es la aceleración debida a la gravedad. g es igual a 9,8 m / s ^ 2.
Ahora, trabajemos juntos en un ejemplo. Digamos que toma una piedra con una densidad de 5,000 kg / m ^ 3 y un volumen de 0.00324 m ^ 3 y la coloca en una tina de agua. ¿Cuál es la fuerza de flotación que actúa sobre esta piedra? Sugerencia: la densidad del agua depende de la temperatura y la salinidad, pero asumiremos que esta tina está llena de agua dulce a 4º C que tiene una densidad de 1000 kg / m ^ 3.
Bueno, ¡todo lo que tenemos que hacer es conectar y tragar!
F B = 1000 * 0.00324 * 9.8 = 31.75 N, donde N representa una unidad llamada newton. 1N = 1 kg * m / s ^ 2.
Resumen de la lección
Bueno, espero que el contenido de esta lección le haya animado.
La flotabilidad es la capacidad de algo para flotar o elevarse en un fluido o, un poco más científicamente, la fuerza de flotación es una fuerza que surge de la presión ejercida sobre un objeto por un fluido, ya sea un líquido o un gas.
La fuerza de flotación existe independientemente de si el objeto está flotando o está sumergido en el fluido, y la magnitud de la fuerza de flotación es igual al peso del fluido que es desplazado por el objeto en cuestión.
La fuerza de flotación se encuentra con una ecuación simple:
F B = P fluido * V desplazado * g ‘
Donde F B ‘significa fuerza de flotación, ‘ P fluido es la densidad del fluido en el que se encuentra el objeto, V desplazado es el volumen del fluido desplazado y g es la aceleración debida a la gravedad. g es igual a 9,8 m / s ^ 2.
Términos importantes
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- Flotabilidad : la capacidad de algo para flotar o elevarse en los fluidos.
- Fuerza de flotación : la fuerza ejercida sobre un objeto por el fluido.
- Positivamente flotante: un objeto flota en este estado
- Flotante neutral : un objeto tiene una fuerza de flotación que es igual a la fuerza gravitacional
- Negativamente flotante : un objeto se hunde hasta que toca fondo sólido
- Ecuación de fuerza de flotación: esta es la fórmula para resolver la cantidad de fuerza de flotación
Los resultados del aprendizaje
El propósito de esta lección sobre la fuerza de flotación es ayudarlo a prepararse para:
- Indique la definición de fuerza de flotación.
- Detallar los distintos tipos de fuerza de flotación.
- Mida la fuerza de flotación usando una ecuación simple
Continúa con:
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