Fuerza de flotación y principio de Arquímedes
Nombre del equipo: Mini Arquímedes
Integrantes:
RUIZ LOMAS ESTEBAN ANDRES
SAENZ ROJAS SERGIO ROBERTO
Integrantes:
RUIZ LOMAS ESTEBAN ANDRES
SAENZ ROJAS SERGIO ROBERTO
CORDOVA QUINCHIGUANGO ANDERSON SAMUEL
Objetivos de la práctica
- Estudiar los conocimientos sobre la Fuerza de Flotación y Principio de Arquímedes
- Aplicar fórmulas en problemas propuestos
- Responder dudas e inquietudes respecto a la temática
Fundamentación teórica
Fuerza de Flotación
La fuerza de flotación o boyante B tiene que ver con la diferencia de presiones del objeto sumergido, entre la parte inferior con más presión y la parte superior con menos presión.
Dado que la presión (P=ρgh), se incrementa conforme nos sumergimos en un fluido, la fuerza debida a la presión ejercida hacia abajo en la parte superior será menor que la fuerza debida a la presión ejercida hacia arriba en la parte inferior.
Esto significa que la fuerza hacia arriba tiene que ser mayor que la fuerza hacia abajo.
La magnitud de la fuerza de flotación hacia arriba es: B = ρ g V
Unidades de medida
Boyante = B = N
Densidad = ρ = kg/m^3
Gravedad = g = m/s^2
Volumen = V = m^3
Cuerpos que suben desde el fondo con aceleración
Para mantener una aceleración con sentido positivo, el cuerpo sumergido debe tener una densidad menor que el agua.
Es decir que la densidad del fluido es mayor a la densidad del objeto.
ρ fluido > ρ objeto
Cuerpos que permanecen en equilibrio sin aceleración
Para despreciar una aceleración, el cuerpo sumergido debe tener una densidad igual que el agua.
Es decir que la densidad del fluido es igual a la densidad del objeto.
ρ fluido = ρ objeto
Cuerpos que bajan hacia el fondo con aceleración
Para mantener una aceleración con sentido negativo, el cuerpo sumergido debe tener una densidad menor que el agua.
Es decir que la densidad del fluido es menor a la densidad del objeto.
ρ fluido < ρ objeto
Principio de Arquímedes
Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado, es decir se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
- 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.
Porcentaje del objeto sumergido
Cuando un objeto no se sumerge totalmente, es decir está flotando, un porcentaje está debajo del nivel del fluido y otro porcentaje está sobre el nivel del fluido, existe una relación entre los volúmenes del objeto y el fluido y también una relación entre las densidades del objeto y el fluido.
Fuerza de flotación
B = ρ g V
Peso del objeto
Fg = m g = ρ g V
Principio de Arquímedes
B = Fg ---> ΣFy = 0
∴ V fluido / V objeto = ρ fluido / ρ objeto
Experimento del huevo que flota
Materiales para hacer el experimento del huevo que flota
- 1 huevo de gallina
- 1 vaso grande
- Agua
- 1 cuchara
- Sal
Debido a que sobre el huevo actúan dos fuerzas: por un lado está su peso que es la fuerza de gravedad que lo empuja hacia abajo, y por el otro el empuje del agua o resistencia que lo lleva hacia arriba.
Tanto el volumen como la gravedad se conservan inalterables, pero al incorporar la sal se incrementa la densidad del agua, logrando con esto que el empuje sea mayor al peso del huevo y por tanto el mismo flota.
Instrucciones para la realización de la práctica
- Usar la presentación para iniciar la explicación
- Dar el documento que contiene el taller a todos
- Abrir el simulador
- Empezar a experimentar con el simulador
- Responder el taller
- Resolver ejercicios usando lo aprendido
Taller para afianzar el aprendizaje del principio demostrado
Fuerza de Flotación y Principio de Arquímedes
Utilizando el simulador de EDUCAPLUS, responda a las siguientes preguntas.
1. ¿Qué sucede si?
2. ¿Qué sucede con el fluido si entra algún objeto en él?
3. ¿De qué depende el volumen sumergido de un cuerpo que flota?
4. ¿Considera que Empuje = peso es cierto ? ¿Por qué?
5. Observa qué sucede con las variaciones de densidades tanto del líquido como del bloque y completa la tabla.
Problemas propuestos para su resolución
Un gnomo de jardín de 0.650 kg se fue a bucear un poco bajo y se encontró en el fondo de un lago de agua dulce de una profundidad de 35.0m. El gnomo de jardín es sólido (no tiene agujeros) y abarca un volumen total de 1.44 x10^-3 m^3. La densidad del agua dulce del lago es de 1000 kg/m^3.
¿Cuál es la fuerza de flotación sobre el gnomo? (Respuesta: 14.1 N)
Un cubo de hierro de 20 cm de arista se sumerge totalmente en agua. Si tiene un peso con una magnitud de 560.40 N, calcular:
a) ¿Qué magnitud de empuje recibe? (Respuesta: 78.4 N)
b) ¿Cuál será la magnitud del peso aparente del cubo? (Respuesta: 482 N)
Un objeto de 5 kg se mete en el agua y se hunde siendo su peso aparente en ella de 30N, calcula el empuje, su volumen y su densidad. (Respuesta: 19 N, 1,94x10 -3 m, 2577,32 kg/m^3)
Un cubo de cobre, de base igual a 35 cm² y una altura de 12 cm, se sumerge hasta la mitad, por medio de un alambre, en un recipiente que contiene alcohol. a) ¿Qué volumen de alcohol desaloja?, b) ¿Qué magnitud de empuje recibe? c) ¿Cuál es la magnitud del peso aparente del cubo debido al empuje, si la magnitud de su peso es de 32.36 N? (Respuesta: 4.2x10 -4 m^3, 3.25N, 29.11N)
El peso de la atmósfera sobre un metro cuadrado de la superficie terrestre es de 100000 N. Si la densidad de la atmósfera tuviese un valor constante de 1,2 kg/m³, ¿a qué altura estaría el límite superior de la atmósfera? (Respuesta: 8503,40 m)
Maialen Chourraut logró la medalla de oro en la final de slalom K1 en Río 2016. La piragüista donostiarra logra así su segundo metal, tras el bronce obtenido en los Juegos de Londres 2012. Calcula el volumen que se encuentra sumergida la piragua, si esta tiene una masa de 10 Kg y Maialen 55 Kg ( Dato densidad del agua 1000 Kg/m3) (Respuesta: 0.065 m^3)
Referencias:
Khan Academy. (s.f.). ¿Qué es la fuerza de flotación?. Obtenido de Khan Academy: https://es.khanacademy.org/science/physics/fluids/buoyant-force-and-archimedes-principle/a/buoyant-force-and-archimedes-principle-article
Anónimo. (s.f.). Flotación. Obtenido de fcm: http://fcm.ens.uabc.mx/~fisica/FISICA_II/APUNTES/FLOTACION.htm
Los experimentos. (s.f.). Experimento del huevo que flota. Obtenido de Los experimentos: http://losexperimentos.com/experimento-del-huevo-que-flota/
Comentarios
Publicar un comentario