Predecir si un objeto flotará o se hundirá: comprensión de la densidad

Publicado el 12 octubre, 2020 por Rodrigo Ricardo

Flotabilidad y Fuerzas

Algunos objetos flotan. Algunos objetos se hunden. Si saltas al agua, probablemente te hundirás. Pero si extiende su cuerpo y se recuesta, probablemente flote. Si arroja un fideo de piscina a la piscina, flotará. Pero un ladrillo … no tanto. Pero no todos los objetos son obvios. ¿Cómo averiguamos si un objeto flotará o se hundirá?

Para hacer eso, debemos hablar de flotabilidad y fuerzas. Si se pone un objeto en el agua, hay dos fuerzas que actúan sobre él: la gravedad y la fuerza de flotación.

La gravedad es siempre la misma, ya sea que esté dentro del agua o fuera del agua. La fuerza de la gravedad es igual a la masa multiplicada por la aceleración debida a la gravedad, que es 9,8 en la superficie de la Tierra. Entonces, si un objeto tiene 10 kilogramos de masa, la fuerza de gravedad será de aproximadamente 98 newtons, ya sea en el agua o en tierra firme.

Entonces, si un objeto flota o no, tiene mucho más que ver con la fuerza de flotación. La flotabilidad es la capacidad o tendencia de un objeto a flotar en un fluido: un líquido o un gas. Esto sucede porque la presión del fluido aumenta con la profundidad. A medida que se sumerge, buceando más profundo, las moléculas se acercan más. Por eso te golpean más. Así que la presión aumenta a medida que avanzas. Si coloca un objeto bajo el agua, habrá más presión en la parte inferior del objeto que en la parte superior, porque la parte inferior está más profunda bajo el agua. Y esto crea una fuerza ascendente.

¿Flotará o se hundirá?

Está bien, pero ¿cómo sabemos si un objeto flotará o se hundirá? Bueno, de acuerdo con el principio de Arquímedes , la fuerza de flotación sobre un objeto sumergido es igual al peso del líquido desplazado por el objeto. Lo que significa que cuanto mayor sea la cantidad de un objeto bajo el agua, mayor será la fuerza de flotación.

Un objeto muy grande y ligero probablemente flotará. Esto se debe a que un objeto grande desplazará mucha agua, creando una gran fuerza de flotación. Y un objeto ligero tendrá una pequeña fuerza de gravedad. Con una pequeña fuerza de gravedad y una gran fuerza de flotación, el objeto definitivamente flotará.

Pero un objeto realmente pequeño y pesado probablemente se hundirá. Esto se debe a que un objeto pequeño no desplazará mucha agua y tendrá una fuerza de flotación mucho menor. Y, al ser pesado, también tendrá una gran fuerza de gravedad.

La combinación de tamaño y masa se llama densidad. La densidad es una medida de cuán compacta es la masa de una sustancia u objeto. O en otras palabras, la densidad es masa distribuida sobre un volumen. Cuanto más pesa cada metro cúbico, más densa es la sustancia. Los objetos pequeños y pesados ​​son superdensos. Y los objetos grandes y ligeros no son muy densos en absoluto.

Resulta que la densidad es realmente útil para determinar si un objeto se hundirá o flotará. Un objeto más denso que el agua se hundirá. Y un objeto que sea menos denso que el agua flotará.

El agua tiene una densidad de 1000 kilogramos por metro cúbico. Entonces, todo lo que tenemos que hacer para averiguar si algo flotará o se hundirá es tomar algunas medidas, calcular la densidad del objeto y compararla con 1000.

La densidad de un objeto o sustancia se puede calcular a partir de esta ecuación: la densidad, en kilogramos por metro cúbico, es igual a la masa, en kilogramos, dividida por volumen, en metros cúbicos. Entonces, si pesa un objeto para obtener su masa, mide un objeto para calcular su volumen (su tamaño) y divide la masa por el volumen, podrá responder la pregunta.

Ejemplo

Veamos un ejemplo.

Se pesa un objeto con forma de cubo y resulta tener una masa de 3 kilogramos. Mides un lado del cubo y mide 0,2 metros de largo. ¿El objeto flotará o se hundirá?

En primer lugar, debemos escribir lo que sabemos. Sabemos que la masa es de 3 kilogramos y la longitud de un lado es de 0,2 metros. Mirando la ecuación, para encontrar la densidad, necesitamos el volumen. El volumen de un cubo es largo por ancho por alto y, con un cubo, el largo, ancho y alto son todos iguales. Entonces el volumen será 0.2 por 0.2 por 0.2, que es 0.008 metros cúbicos.

Ahora, si introducimos números en la ecuación de densidad, encontramos que la densidad es igual a 3 dividido por 0.008. Escriba eso en una calculadora y obtendremos una densidad de 375 kilogramos por metro cúbico. Esto es menos de 1000; este cubo es menos denso que el agua. Entonces flotará . Y esa es nuestra respuesta.

Resumen de la lección

Si se pone un objeto en el agua, hay dos fuerzas que actúan sobre él: la gravedad y la fuerza de flotación. La gravedad es siempre la misma, ya sea que el objeto esté en el agua o fuera del agua. Entonces, si un objeto flota tiene mucho más que ver con la fuerza de flotación.

La flotabilidad es la capacidad o tendencia de un objeto a flotar en un fluido: un líquido o un gas. Esto sucede porque la presión del fluido aumenta con la profundidad. Según el principio de Arquímedes , la fuerza de flotación sobre un objeto sumergido es igual al peso del líquido desplazado por el objeto. Esto significa que cuanto más un objeto esté bajo el agua, más fuerte será la fuerza de flotación.

Un objeto muy grande y ligero probablemente flotará. Pero un objeto realmente pequeño y pesado probablemente se hundirá. Esto se debe a que un objeto pequeño no desplazará tanta agua y tendrá una pequeña fuerza de flotación. Y, al ser pesado, también tendrá una gran fuerza de gravedad. La combinación de tamaño y masa se llama densidad. La densidad es una medida de cuán compacta es la masa de una sustancia u objeto. Los objetos pequeños y pesados ​​son superdensos. Y los objetos grandes y ligeros no son muy densos en absoluto.

Resulta que la densidad es realmente útil para determinar si un objeto se hundirá o flotará. Un objeto más denso que el agua se hundirá. Y un objeto que sea menos denso que el agua flotará.

El agua tiene una densidad de 1000 kilogramos por metro cúbico. Entonces, todo lo que tenemos que hacer es calcular la densidad de un objeto o sustancia y compararla con 1000.

La densidad de un objeto o sustancia se puede calcular a partir de esta ecuación: la densidad, en kilogramos por metro cúbico, es igual a la masa, en kilogramos, dividida por volumen, en metros cúbicos. Entonces, si pesa un objeto para obtener su masa, mide un objeto y calcula su volumen y divide la masa por el volumen, podrá responder la pregunta.

Los resultados del aprendizaje

Cuando haya terminado aquí, debería poder:

  • Explica qué es la flotabilidad
  • Recordemos el principio de Arquímedes
  • Discutir cómo se puede usar la densidad para determinar la capacidad de flotar de un objeto
  • Calcular la densidad de una sustancia u objeto

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