Laboratorio del Principio de Arquímedes

Introducción

Subes a bordo de un crucero listo para embarcarte de vacaciones en las islas. Armado con protector solar y su mejor traje de baño, se pregunta cómo se mantiene a flote este enorme barco. Con cientos de personas, decenas de restaurantes y varias piscinas, ¿seguramente debe pesar más de lo que el agua puede contener? Sin embargo, flota. ¿Como funciona esto?

Hoy aprenderemos qué hace que los cruceros floten.

La respuesta son las fuerzas que actúan sobre el barco. En física, el peso del bote es la fuerza gravitacional, y esta fuerza empuja al bote hacia el agua. La fuerza que se opone a esto es la fuerza de flotación, que empuja el barco a la superficie. Para que un objeto flote, la fuerza de flotación debe ser mayor que la fuerza gravitacional. Según el principio de Arquímedes, la fuerza de flotación es igual al peso del agua desplazada por el objeto.

Para que un objeto flote, la fuerza de flotación debe ser mayor que la fuerza gravitacional

Todo esto tiene algo que ver con la densidad, que es la cantidad de masa contenida en el volumen de un objeto. Hoy, vamos a probar la relación entre la densidad y la fuerza de flotación.

Materiales

• cilindro de madera
• un cilindro de metal (se pueden comprar en línea en un proveedor científico. Usaremos zinc, pero puede usar cualquier metal si conoce la densidad).
• 1 cilindro graduado grande lo suficientemente grande para contener los cilindros de madera y metal
• Calculadora
• gobernante
• Escala o equilibrio
• Una tabla de datos:

Pasos

1. Primero, deberá identificar la densidad de sus objetos. La densidad es una propiedad conocida, por lo que, dependiendo del tipo de madera que utilice, puede buscarla en línea. La madera de balsa, una madera comúnmente utilizada en experimentos de física, tiene una densidad de 160 kg / m 3 . El zinc tiene una densidad de 7.140 kg / m 3 y el agua tiene una densidad de 1.000 kg / m 3 .

2. Usando la balanza, encuentre la masa de cada objeto en kilogramos.

3. Ahora calcula el peso de cada objeto. El peso es igual a la fuerza gravitacional y se puede calcular multiplicando la masa por la aceleración debida a la gravedad, 10 m / s 2 .

4. A continuación, llene su cilindro con aproximadamente 50 ml de agua. Asegúrese de que haya suficiente agua para sumergir completamente cada objeto. Ahora, coloque su cilindro de madera en el agua. La diferencia entre su volumen inicial y el nuevo volumen es el agua desplazada.

5. Repita el paso 4 para el cilindro de metal.

6. Ahora calcule la masa del agua desplazada. Para el agua, un mililitro equivale a un gramo. Para convertir gramos a kilogramos, divida los gramos por 1000.

7. Ahora calcule la fuerza gravitacional que actúa sobre el agua. Multiplica la masa del agua desplazada por 10 m / s 2 como hicimos con los objetos.

Solución de problemas

Si tiene problemas para medir la cantidad de agua desplazada, puede dibujar una línea en el cilindro graduado desde donde estaba el agua inicialmente. Si su objeto se hunde, pero no está completamente sumergido en el agua, sus resultados no serán precisos.

Preguntas de discusión

1. ¿Qué objeto se hundió y qué objeto flotó? ¿Por qué cree que pasó?
2. ¿Cómo influyó la densidad del objeto en la capacidad de flotar?

Cómo funciona

La densidad es la cantidad de masa contenida en un volumen particular. Si un objeto tiene una densidad alta, hay mucha masa en un volumen pequeño. Más masa significa más peso y menos volumen significa menos agua desplazada.

Fórmula de densidad

Si el peso de un objeto es mayor que el peso del agua desplazada, el objeto se hundirá. La fuerza gravitacional será mayor que la fuerza de flotación. Lo más probable es que esto sea lo que vio con el metal, que es muy denso. El peso del metal fue mayor que el peso del agua desplazada porque tiene una densidad mayor que el agua.

Es posible que todavía se esté preguntando acerca de nuestro crucero. Está hecho de metal, ¿verdad? Y sabemos que el metal es más denso que el agua, por lo que debería hundirse. Pero, lo que debe recordar es que el crucero tiene un volumen inmenso, que en su mayoría está lleno de aire. El aire tiene una densidad mucho menor que el agua, por lo que, en promedio, el crucero tiene una densidad menor que el agua. El peso del barco es menor que el peso del volumen de agua desplazado, por lo que el barco no se hunde.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador