El principio de Arquímides es un principio físico que afirma que: "Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja". Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímides, y se mide en newtons (en el SI). El principio de Arquímides se formula así:
Donde E es el empuje, pf es la densidad del fluido, V el "volumen del fluido desplazado" por algún cuerpo sumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa. De este modo, el empuje depende de la densidad del fluido del volumen del cuerpo y de la gravedad existente en ese lugar. El empuje actúa verticalmente hacia arriba y esta aplicado en el centro de la gravedad del cuerpo;este punto recibe el nombre del centro de carena.
El principio de Arquímides permite determinar también la densidad de un objeto cuya forma es ta irregular que su volumen no puede medirse directamente. Si el objeto se pesa primero en el aire y luego en el agua, la diferencia de peso será igual al peso del volumen de agua desplazado, y este volumen es igual al volumen del objeto, si este está totalmente sumergido. Así puede determinarse fácilmente la densidad del objeto (masa dividida por volumen), Si se requiere una precisión muy elevada, también hay que tener en cuenta el peso del aire desplazado para obtener el volumen y la densidad correctos. Esto explica porque flota un barco muy cargado; su peso total es exactamente igual al peso del agua que desplaza, y ese agua desplazada ejerce la fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote.
El concepto clave de este es el "empuje", que es la fuerza que actúa hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando éste se encuentra en el agua. El principio de Arquímides permite determinar la densidad de un objeto, si éste está totalmente sumergido. Así puede determinarse fácilmente la densidad del objeto.
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.
Se produce debido a que la presión de cualquier fluido en un punto determinado depende principalmente de la profundidad en que este se encuentre o bien, a la cantidad de fluido que tenga encima.
Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido parece que pesará menos. Lo podemos sentir cuando nos sumergimos en una piscina, o cuando tomamos algo por debajo del agua, los objetos parecieran que pesan menos. Esto es debido a que, todo cuerpo sumergido recibe una fuerza de abajo hacia arriba.
Esta presión ejerce una fuerza sobre cualquier cuerpo sumergido en el fluido y tiene la propiedad de ser perpendicular a la superficie del cuerpo.
Si pensamos en un cuerpo cúbico sumergido es evidente que algunas de sus caras estará mas profunda que el resto de ellas, Dado que la presión ejerce una fuerza sobre todas las caras sin importar cual sea y siempre perpendicular a esta, la fuerza que se ejerce sobre a cara más profunda es mayor que la fuerza sobre la cara menos profunda, lo que da como resultante una fuerza ascendente que es la fuerza de empuje.
En las caras laterales no ocurre esto ya que las fuerzas laterales se restan puesto que, punto a punto, se encuentran a la misma altura.
Elementos de Empuje
Peso Aparente (Pap)
EL peso (P) de un cuerpo, cuando está total o parcialmente inmerso en un fluído, disminuye y en este caso es llamado de peso aparente
Equilibrio de Cuerpos Inmersos y Fluctuantes
Vamos a considerar un cuerpo sumergido en un líquido. Sabemos que apenas dos fuerzas actúan sobre el: Su Peso (P) y el Empuje (E).
Se distinguen tres casos
1er. Caso: El peso es mayor que el empuje (P > E)
En este caso el cuerpo descenderá con aceleración constante (Condiciones ideales).
Se verifican las expresiones de P y E, se concluye que esto sucederá si la densidad del cuerpo fuese mayor que la densidad de un líquido, esto significa que dC > dL.
2do. Caso: El peso es menor que el empuje (P < E)
En este caso el peso subirá con aceleración constante hasta quedar fluctuando en la superficie del líquido, el empuje comenzará a disminuir, pues disminuirá la parte sumergida y por lo tanto, el volumen del líquido desplazado.
El cuerpo subirá hasta que el empuje quede igual al peso del cuerpo que es constante.
Es esa condición(P=E) El cuerpo quedará en equilibrio, fluctuando en el líquido
3er. Caso: EL peso es igual al empuje (P=E)
En este caso el cuerpo quedará en equilibrio cualquier fuese colocado. Esto sucederá cuando la densidad del cuerpo fuese igual a la densidad del liquido .
Ejemplo con un caso práctico: Porque los barcos no se hunden?
Los barcos no se hunden porque su peso específico es menor al peso específico del agua, por lo que se produce un empuje mayor que mantiene al barco a flote.Esto a pesar de que el hierro o acero con que están hechos generalmente los barcos es de peso específico mayor al del agua y se unde (un pedazo de hierro en el agua se va ala fondo), pero si consideramos todas las partes de del barco incluyendo los compartimientos vacíos, el peso específico general del barco disminuye y es menor al del agua, lo que hace que este se mantenga a flote.
Las aplicaciones a este principio son muchas tan así que podemos encontrarlas de forma muy cotidiana, hasta ejemplos a nivel industrial.
Sin duda, principal ejemplo de aplicación de la flotación está en las embarcaciones, grandes o pequeñas estas requieren de un estudio de flotación para si costrucción. (Sin olvidar que por simple suspicacia de la gente las construye sin estudiar el diseño).
Un tipo de hidrómetro empleado universalmente en los talleres para determinar el peso específico del líquido de las baterías de los automóviles se utiliza bajo el principio de Arquímides. Un flotador se hunde o no hasta cierta señal, dependiendo del peso específico de la solución en la que flota. Así, el grado de carga eléctrica de la batería puede determinarse, pues depende del peso espesífico de la solución.
Bibliografía:
http://www.profesorenlinea.cl/fisica/ArquimedesEmpuje.htm
Sarahi cortez acosta 5 amlc
ResponderEliminarEl principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que:Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloj
Cuando se sumerge un cuerpo en un líquido parece que pesara menos. Lo podemos sentir cuando nos sumergimos en una piscina, o cuando tomamos algo por debajo del agua, los objetos parecieran que pesan menos. Esto es debido a que, todo cuerpo sumergido recibe una fuerza de abajo hacia arriba.
ResponderEliminar-Maria Fernanda Gonzalez Cruz
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ResponderEliminarEl empuje es una fuerza de reacción descrita cuantitativamente por la tercera ley de Newton. Cuando un sistema expele o acelera masa en una dirección , la masa acelerada causará una fuerza igual en dirección contraria. Matemáticamente esto significa que la fuerza total experimentada por un sistema se acelera con una masa m que es igual y opuesto a m veces la aceleración a, experimentada por la masa
ResponderEliminarMartin Eduardo Lopez Baltierra 5amlc
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ResponderEliminarLa explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figuras:
ResponderEliminarPatricia Silva 5 AMLC
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.
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ResponderEliminarEdith Danely Zamudio Mariscal 5AMLC.
ResponderEliminarEs importante hacer notar que en todas las transformaciones de fase de las sustancias, éstas no se transforman en otras sustancias, solo cambia su estado físico.
Las diferentes transformaciones de fase de la materia en este caso las del agua son necesarias y provechosas para la vida y el sustento del hombre cuando se desarrollan normalmente.