Densidad y flotabilidad de objetos: Laboratorio de física

¿Qué es la flotabilidad?

La flotabilidad es la capacidad o tendencia a flotar en agua, aire u otro fluido. Los barcos flotan y los corchos salen del agua cuando se sumergen debido a la flotabilidad. Pero, ¿por qué algunos objetos flotan mientras otros se hunden?

Es posible que haya escuchado que los objetos flotan cuando son menos densos que el agua y los objetos se hunden cuando son más densos que el agua. Y esto es cierto. La densidad es qué tan apretada está la masa en un objeto; es la cantidad de kilogramos que pesa cada metro cúbico del material. Cosas como espuma, plástico y corcho son de baja densidad, mientras que los metales son de alta densidad.

Pero para ser más exactos, para que un objeto flote, la fuerza de flotación , la fuerza que apunta hacia arriba, tiene que ser igual o mayor que la fuerza de gravedad sobre un objeto. De lo contrario, el objeto se acelerará hacia abajo y se hundirá.

Según el principio de Arquímedes , la fuerza de flotación sobre un objeto es igual a la fuerza de gravedad que actuaría sobre el agua desplazada. O en otras palabras, si dos metros cúbicos de un objeto están debajo de la línea de flotación, entonces la fuerza de flotación sobre ese objeto sería igual a la fuerza de gravedad que actuaría sobre dos metros cúbicos de agua. Este principio es sumamente útil y hoy lo usaremos para calcular la densidad de una sustancia desconocida.

Pasos del laboratorio de física

Para este laboratorio de física, necesitará:

• Un pequeño bloque de un material en particular. El material debe flotar en el agua, con una buena proporción del objeto sumergido. (Si flota en la parte superior, no funcionará). Un bloque de madera bastante clara debería funcionar bien.
• Un rotulador que escribirá en el material.
• Una escala
• Una regla
• Agua en un recipiente grande (un recipiente, una cacerola grande o un tanque)

Paso 1: En primer lugar, tome algunas medidas. Usa la regla para medir la longitud de cada lado de tu bloque en metros y calcula el volumen del bloque. (El volumen de un bloque es largo x ancho x alto). Anote el volumen de su bloque.

Paso 2: Pesa tu bloque y anota su masa en kilogramos.

Paso 3: flota el bloque en el agua. Una vez que esté resuelto; use el marcador para dibujar una línea en él para indicar el nivel del agua en el que flota.

Paso 4: Repita el proceso varias veces, dibujando líneas en otros lados del bloque, solo para asegurarse de que sus datos sean lo más precisos posible.

Paso 5: Con la regla, mida el tamaño del área del bloque sumergido, en metros, y calcule el volumen de la parte sumergida. (Nuevamente, volumen = largo x ancho x alto)

Si aún no lo ha hecho, ahora es el momento de pausar el video y comenzar. ¡Buena suerte!

Análisis de los datos

Ahora que tiene sus datos, es hora de analizarlos. Para calcular la densidad del bloque, necesita dos datos de su experimento: el volumen de agua que se desplazó y el volumen del objeto completo. También necesita conocer la densidad del agua, que es de 1.000 kilogramos por metro cúbico.

Volviendo al principio de Arquímedes, sabemos que la fuerza de flotación es igual a la fuerza de gravedad que actuaría sobre el agua desplazada. Esta es la masa de agua desplazada multiplicada por la aceleración debida a la gravedad ( g ), que es 9,8 en la Tierra. Y si el objeto está flotando, esta fuerza debe ser igual a la fuerza de gravedad sobre el objeto, que es igual a la masa de todo el objeto, multiplicada de nuevo por g .

Entonces, ¿cómo incorporamos densidad a esto? Bueno, la densidad es igual a la masa dividida por el volumen (kilogramos por metro cúbico). Entonces la masa es igual a la densidad multiplicada por el volumen. Podemos sustituir esto en ambos lados de la ecuación, y veremos que la masa del agua desplazada, multiplicada por el volumen del agua desplazada, multiplicada por g , es igual a la masa del objeto, multiplicada por el volumen del objeto, multiplicada por g . Dado que g es el mismo en ambos lados, eso se cancela. Reordenando la ecuación, vemos que la densidad del objeto es igual a la densidad del agua, multiplicada por el volumen de agua desplazado dividido por el volumen total del objeto.

Y estos son los tres números que conocemos después de hacer el laboratorio. Ingrese sus valores del laboratorio y la densidad del agua (que es 1,000) y calcule la densidad de su objeto. Y eso es; ya terminaste.

Resumen de la lección

La flotabilidad es la capacidad o tendencia a flotar en agua, aire u otro fluido. Los objetos flotan cuando son menos densos que el agua y los objetos se hunden cuando son más densos que el agua. La densidad es qué tan apretada está la masa en un objeto; es la cantidad de kilogramos que pesa cada metro cúbico del material. Cosas como espuma, plástico y corcho son de baja densidad, mientras que los metales son de alta densidad.

Para que un objeto flote, la fuerza de flotación , la fuerza que apunta hacia arriba, debe ser igual o mayor que la fuerza de gravedad sobre un objeto. De lo contrario, el objeto se acelerará hacia abajo y se hundirá. El principio de Arquímedes nos dice que la fuerza de flotación sobre un objeto es igual a la fuerza de gravedad que actuaría sobre el agua desplazada. En el laboratorio de hoy, usamos este principio para calcular la densidad de un objeto flotante.

Los resultados del aprendizaje

A medida que la lección llega a una conclusión, averigüe si puede:

• Comprender la relación entre flotabilidad y densidad.
• Principio del estado de Arquímedes
• Siga los pasos del laboratorio de física en el orden correcto
• Calcular la densidad de un objeto flotante