PRINCIPIO DE ARQUIMEDES LABORATORIO DE FISICA II

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Es importante hacer notar que la fuerza de empuje no depende del peso del objeto sumergido, sino solamente del peso del fluido desalojado, es decir, si tenemos diferentes materiales (acero, aluminio, bronce), todos de igual volumen, todos experimentan la misma fuerza de empuje.

Si un recipiente sellado de un litro está sumergido en agua hasta la mitad, desplazará medio litro de agua y la fuerza de empuje (o flotación) será igual al peso de medio litro de agua, sin importar qué contenga el recipiente. Si el recipiente está sumergido completamente, la fuerza de flotación será igual al peso de un litro de agua a cualquier profundidad, siempre que el recipiente no se comprima. Esto es porque a cualquier profundidad el recipiente no puede desplazar un volumen de agua mayor a su propio volumen.

Para conocer la magnitud de la fuerza de flotación debemos entender la expresión "el volumen del agua desplazado". Si sumergimos completamente un objeto en un recipiente lleno con agua hasta el borde, un poco de agua se derramará, y decimos que el agua es desplazada por el objeto. El volumen del objeto es igual al volumen del agua desplazada (derramada).

Como la densidad del agua es de 1 g/cm3 (1000 kg/m3), el número de gramos de masa del agua corresponde al número de centímetros cúbicos de volumen del objeto. Éste es un buen método para determinar el volumen de objetos de forma irregular. Un objeto completamente sumergido siempre desplaza un volumen de líquido igual a su propio volumen. Es decir, el volumen del cuerpo es igual al volumen de líquido desalojado.

El que un objeto flote o se hunda en un líquido depende de cómo es la fuerza de flotación comparada con el peso del objeto. El peso a su vez depende de la densidad del objeto.

* De acuerdo a la magnitud de estas dos fuerzas se tienen los siguientes casos:

1) Si el peso del objeto sumergido es mayor que la fuerza de empuje, el objeto se hundirá.

2) Si el peso del cuerpo es igual a la fuerza de empuje que recibe, el objeto permanecerá flotando en equilibrio (una parte dentro del líquido y otra parte fuera de él).

3) Si el peso del objeto sumergido es menor que la fuerza de empuje que recibe, el objeto flotara en la superficie del líquido.

* El principio de Arquímedes se aplica a objetos de cualquier densidad. En caso de conocer la densidad del objeto, su comportamiento al estar sumergido dentro de un fluido puede ser:

1) Si el objeto es más denso que el fluido en el cual está sumergido, el objeto se hundirá.

2) Si la densidad del objeto es igual a la del fluido en el cual está sumergido, el objeto no se hundirá ni flotará.

3) Si el objeto es menos denso que el fluido en el cual está sumergido, el objeto flotara en la superficie del fluido.

* Debido al efecto del empuje, los cuerpos sumergidos en un fluido tienen un peso aparentemente menor a su verdadero peso, y le llamamos peso aparente. El valor de la fuerza de empuje se determina mediante la diferencia del peso real y la del peso aparente, es decir:

Empuje = peso real – peso aparente

* Como todo cuerpo que sea sumergido en un líquido se ajustara a una profundidad a la cual su peso sea igual al del agua desplazada, el peso del cuerpo está dado por la expresión:

Fcpo = Pcpo = ρcpo • Vcpo • g

* el peso del fluido desplazado o fuerza de empuje ejercida por el líquido está dada por la expresión:

E = ρliq • Vcpo • g

en donde:

E = es el empuje

Vcpo = el volumen que desplaza el cuerpo

ρliq = la densidad del líquido donde se sumerge el cuerpo

g = 9.81 m/s2

Como el peso específico (Pe) de la sustancia está dado por:

Pe = ρliq • g

Entonces también podemos escribir la expresión:

E = Pe • Vcpo

* El producto del volumen del cuerpo por la densidad del fluido es igual a la masa del fluido desalojado, correspondiente a un volumen idéntico al que tiene el cuerpo sumergido. El producto de dicha masa por la aceleración de la gravedad nos da su peso. Por lo tanto. También podemos calcular el empuje que sufren los cuerpos que están sumergidos en un fluido usando la expresión:

E = Vcpo • ρliq•g = mlíq • g

De acuerdo a todo lo anterior, el empuje que recibe un cuerpo sumergido en un líquido puede determinarse por alguna de las siguientes expresiones:

- Empuje = Peso del fluido desalojado

- Empuje = Peso real – peso aparente en el líquido

- Empuje = (densidad del cuerpo) (volumen del cuerpo sumergido) (gravedad)

- E = ρcpo • Vcpo • g

- Empuje = (Peso específico de la sustancia) (Volumen del líquido desalojado)

- E = Pe • Vcpo

- Empuje = (masa del líquido desplazado) (gravedad)

- E = mlíq • g

- Empuje = (densidad del líquido) (volumen del líquido desalojado) (gravedad)

- E = ρliq • Vliq • g

La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figura:

- El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

- La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

[pic 1]

PALABRAS CLAVE:

- Empuje: es una fuerza que aparece cuando se sumerge un cuerpo en un fluido.

- Fluido: Un fluido es todo cuerpo que tiene la propiedad de fluir, y carece de rigidez y elasticidad, y