Principio de Arquímedes preguntas y respuestas pdf
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Cuando se colocan en un fluido, algunos objetos flotan debido a una fuerza de flotación. ¿De dónde procede esta fuerza de flotación? ¿Por qué algunas cosas flotan y otras no? ¿Los objetos que se hunden reciben algún tipo de apoyo del fluido? ¿Su cuerpo se mantiene a flote gracias a la atmósfera, o sólo afecta a los globos de helio (Figura 14.19)?
(a) Incluso los objetos que se hunden, como esta ancla, están parcialmente sostenidos por el agua cuando se sumergen. (b) Los submarinos tienen una densidad ajustable (tanques de lastre) para que puedan flotar o hundirse según se desee. (c) Los globos llenos de helio tiran hacia arriba de sus cuerdas, demostrando el efecto de flotación del aire. (crédito b: modificación del trabajo de Allied Navy; crédito c: modificación del trabajo de «Crystl»/Flickr)
Las respuestas a todas estas preguntas, y a muchas otras, se basan en el hecho de que la presión aumenta con la profundidad en un fluido. Esto significa que la fuerza ascendente sobre el fondo de un objeto en un fluido es mayor que la fuerza descendente sobre la parte superior del objeto. Existe una fuerza ascendente, o fuerza de flotación, sobre cualquier objeto en cualquier fluido (Figura 14.20). Si la fuerza de flotación es mayor que el peso del objeto, éste sube a la superficie y flota. Si la fuerza de flotación es menor que el peso del objeto, éste se hunde. Si la fuerza de flotación es igual al peso del objeto, éste puede permanecer suspendido a la profundidad a la que se encuentra. La fuerza de flotación siempre está presente, ya sea que el objeto flote, se hunda o esté suspendido en un fluido.
Ejemplos de problemas de flotación con soluciones
Un objeto pesa 36 g en el aire y tiene un volumen de 8,0 cm3. ¿Cuál será su peso aparente cuando se sumerja en el agua? Cuando se sumerge en el agua, el objeto es impulsado por la masa del agua que desplaza, que por supuesto es la masa de 8 cm3 de agua. Si la densidad del agua es la unidad, la fuerza ascendente (de flotación) es de sólo 8 g. El peso aparente será (36 g) – (8 g) = 28 g.
Un globo con un volumen de 5.000 L se coloca en una balanza sensible que registra un peso de 2.833 g. ¿Cuál es el «peso real» del globo si la densidad del aire es de 1.294 g L-1? La masa de aire desplazada por el globo ejerce una fuerza de flotación de (5.000 L) / (1.294 g L -1) = 3.860 g. Por tanto, el peso real del globo es así de mayor que el peso aparente: (2.833 + 3.860) g = 6.69 g.
Un trozo de metal pesa 9,25 g en el aire, 8,20 g en el agua y 8,36 g cuando se sumerge en gasolina. a) ¿Cuál es la densidad del metal? b) ¿Cuál es la densidad de la gasolina? Solución: Al sumergirse en el agua, el objeto metálico desplaza (9,25 – 8,20) g = 1,05 g de agua cuyo volumen es (1,05 g) / (1,00 g cm-3) = 1,05 cm3. La densidad del metal es pues (9,25 g) / (1,05 cm3) = 8,81 g cm-3. El objeto metálico desplaza (9,25 – 8,36) g = 0,89 g de gasolina, cuya densidad debe ser por tanto (0,89 g) / (1,05 cm3) = 0,85 g cm-3.
Prueba del principio de Arquímedes
Si un objeto se sumerge en un líquido, el objeto desplaza un volumen del líquido igual al volumen del objeto sumergido. Cuenta la leyenda que Arquímedes hizo esta observación cuando se sentó en una bañera que estaba llena hasta arriba. El volumen de agua que rebosaba era igual a su propio volumen.
La fuerza que ejerce el líquido por debajo del objeto es mayor que la fuerza que ejerce el líquido por encima; como resultado, el líquido ejerce una fuerza neta hacia arriba sobre el objeto sumergido o flotante. Esta fuerza se llama flotabilidad y su magnitud es igual al peso del agua desplazada.
La densidad del acero es de 9000. kg/m3 y la del agua es de 1000. kg/m3. Si un cubo de acero de 0,100 m de lado se coloca en un tanque de agua y se pesa mientras está sumergido, ¿cuál es el peso aparente del cubo?
Aplicación del principio de Arquímedes
Cuando se colocan en un fluido, algunos objetos flotan debido a una fuerza de flotación. ¿De dónde procede esta fuerza de flotación? ¿Por qué algunas cosas flotan y otras no? ¿Los objetos que se hunden reciben algún tipo de apoyo del fluido? ¿Su cuerpo se mantiene a flote gracias a la atmósfera, o sólo afecta a los globos de helio ((Figura))?
Figura 14.19 (a) Incluso los objetos que se hunden, como esta ancla, reciben un apoyo parcial del agua cuando se sumergen. (b) Los submarinos tienen una densidad ajustable (tanques de lastre) para que puedan flotar o hundirse según se desee. (c) Los globos llenos de helio tiran hacia arriba de sus cuerdas, demostrando el efecto de flotación del aire. (crédito b: modificación del trabajo de Allied Navy; crédito c: modificación del trabajo de «Crystl»/Flickr)
Las respuestas a todas estas preguntas, y a muchas otras, se basan en el hecho de que la presión aumenta con la profundidad en un fluido. Esto significa que la fuerza ascendente sobre el fondo de un objeto en un fluido es mayor que la fuerza descendente sobre la parte superior del objeto. Existe una fuerza ascendente, o fuerza de flotación, sobre cualquier objeto en cualquier fluido ((Figura)). Si la fuerza de flotación es mayor que el peso del objeto, éste sube a la superficie y flota. Si la fuerza de flotación es menor que el peso del objeto, éste se hunde. Si la fuerza de flotación es igual al peso del objeto, éste puede permanecer suspendido a la profundidad a la que se encuentra. La fuerza de flotación siempre está presente, ya sea que el objeto flote, se hunda o esté suspendido en un fluido.
