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Iniciación a la física

Autor: Manel Aljama Garcia
Curso:
9,47/10 (15 opiniones) |48159 alumnos|Fecha publicación: 22/03/2005
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Capítulo 6:

 ¿Por qué flotan los cuerpos?.

Idea General

El Principio de Arquímedes nos enseña el empuje que recibe un cuerpo cuando se introduce en un líquido, por ejemplo barcos y submarinos.  El equilibrio en un cuerpo sumergido depende del metacentro. Hay equilibrio si el metacentro queda encima del centro de gravedad del cuerpo y este flota. Los Aeróstatos (globos y dirigibles) son aparatos que flotan en el aire. Densidad y peso específico son conceptos que relacionan la masa o el peso de un cuerpo con su volumen.

Fuerza de empuje

Todo líquido ejerce una fuerza hacia arriba que actúa sobre los cuerpos sumergidos en él. Esta fuerza lo hará flotar si es mayor que el peso del cuerpo. Esta fuerza es la resultante  del sistema de fuerzas de la presión que ejerce el líquido sobre el cuerpo sumergido, y actúa en todas direcciones. Esta fuerza tiene una dirección vertical de abajo hacia arriba. La fuerza de empuje mayor cuanto más grande sea la densidad del líquido.

Por qué flotan los cuerpos?. 

Acción del Peso y el Empuje. Si la el empuje es mayor el cuerpo flota. Si son iguales está equilibrado (dibujo) y si es menor el cuerpo se hunde.

Por qué flotan los cuerpos?. 

Si P<E, flota, Si P=E queda sumergido en el sitio que se sitúe, Si P>E, flota

Principio de Arquímedes

Todo cuerpo sumergido en un líquido, experimenta un empuje hacia arriba igual a lo que pesa el volumen del líquido que el cuerpo desaloja.

Equilibrio

Las dos fuerzas que actúan sobre un cuerpo sumergido tienen puntos de aplicación diferentes. El peso en el centro de gravedad del cuerpo, el empuje en el centro de gravedad del líquido desalojado. Para que haya equilibrio es necesario que ambos centros se encuentren en la misma vertical y que sean iguales.

En el dibujo de la derecha, se pierde el equilibrio cuando los puntos de aplicación del empuje y del peso no tienen la misma vertical.

Cuando el cuerpo se inclina, el centro de empuje cambia de situación. Volverá a su posición si el metacentro , que es el punto que corta la vertical trazada por el centro de empuje a la vertical primitiva que pasa por el centro de gravedad, está encima del centro de gravedad.

Por qué flotan los cuerpos?.

Aplicaciones del Principio de Arquímedes

Los barcos de superficie están diseñados de manera que el metacentro quede siempre por encima del centro de gravedad en caso de que se muevan o desplacen lateralmente.  El submarino en cambio no cambia ni de volumen pero sí de peso, adquiere agua para sumergirse y la expulsa con aire para disminuir su peso y subir.

Aplicaciones del Principio de Arquímedes a los Gases

Del mismo modo que sucede con los líquidos podemos decir que: Todo cuerpo sumergido en un gas, experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen de gas que desaloja  Por tanto se producen las mismas fuerzas que en el agua: la fuerza de empuje para ascender y la fuerza contraria que es su peso.  Si se consigue que la fuerza de empuje sea mayor que el peso, el cuerpo flota.   Este principio se aplica a los globos que están llenos de un gas menos pesado que el aire.

Densidad

Es la masa correspondiente a la unidad de volumen.  Se llama densidad relativa a la relación entre la masa de un cuerpo y la de un volumen igual de agua destilada que se toma como comparación.

 Por qué flotan los cuerpos?.

Peso Específico

Es el peso correspondiente a su unidad de volumen. Si llamamos p al peso, V al volumen, Peso específico es

Por qué flotan los cuerpos?. 

También existe el peso específico relativo que es la relación entre el peso específico de un cuerpo y el de un volumen igual de agua destilada.

ARQUIMEDES

Entre Peso específico y Densidad hay diferencia y a que aunque no cambia la masa , el peso sí.  Pero de todas maneras al compararse con agua destilada se consideran ambos conceptos iguales.

Nació 280 años antes de Cristo en Siracusa donde  pasó la mayor parte de su vida. Murió 212 años antes de nuestra era en la segunda guerra púnica.  Fue mecánico, físico y matemático.  Entre los descubrimientos que se le deben están la relación entre la circunferencia y el diámetro, el área del círculo, las leyes fundamentales de la palanca y las leyes de la reflexión y de la luz y sobre todo su célebre Principio estudiado en este manual.  Cuentan que el rey le encargó comprobar la pureza del oro de una corona y sin, tener que deshacerla, observó los cambios del agua mientras se bañaba: salió a la calle y gritó EUREKA (lo he encontrado).  También diseñó máquinas de guerra basadas en espejos, catapultas para lanzar piedras. etc.

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