Esc. Exp. N° 2 “Puertas del Sol” FISICA 5° Año Flotación Docente responsable: Fernando Aso FLOTACIÓN Muchos trozos de madera de diferente clase flotan en el agua, y por lo tanto también una balsa que se construya con algunos de ellos. Un bloque macizo de hierro, por más chiquito que sea, se hunde al colocarlo en el agua; sin embargo, los barcos de hierro se mantienen a flote y navegan sin hundirse. La flotación de los cuerpos no es un problema que dependa del peso o el tamaño de estos. ¿De qué depende entonces? Empuje Levantar a una persona dentro del agua es mucho más fácil que hacerlo fuera de ella. ¿A que se debe esto?. Para explicar esto debemos analizar que fuerzas se ejercen sobre un cuerpo que está sumergido. • Cuando un cuerpo está en el aire, si nos colocamos sobre una balanza ésta medirá directamente nuestro peso. • Cuando el cuerpo está sumergido, y colocamos una balanza para pesarnos, ésta medirá no solo la atracción gravitatoria de la tierra (peso) sino también la fuerza de interacción con el agua. La fuerza de interacción entre el líquido y el cuerpo se denomina empuje (E). Su dirección es vertical y el sentido es hacia arriba; debido a esto, el cuerpo “empuja” menos a la balanza. Como el cuerpo está en equilibrio, se observa que F = P − E . Principio de Arquímedes Al sumergir un cuerpo en un recipiente con líquido aumenta el nivel de este último, debido a que el cuerpo desplaza parte del líquido. Si el cuerpo está sumergido completamente, la cantidad de líquido desalojado es igual al volumen del cuerpo. Arquímedes relacionó esto con el empuje experimentado por los cuerpos sumergidos, y luego de realizar las mediciones correspondientes pudo determinar que: sobre todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido se ejerce un empuje cuyo valor es igual al peso del volumen del líquido desalojado ( Vsum ). El peso del volumen del líquido desalojado es igual, en módulo, al empuje: E = Plíquido desalojado Teniendo en cuenta que el peso se calcula como P = m ⋅ g y que la masa la podemos escribir m = ρ ⋅V teniendo en cuanta la definición de densidad, podemos reescribir la expresión del empuje:} E = ρ ⋅ g ⋅Vsum Si el cuerpo es macizo y homogéneo, el volumen del líquido desalojado ( Vsum ) es igual al volumen de la parte del cuerpo sumergida. El Principio de Arquímedes afirma que cuanto mayor sea el volumen de líquido desalojado por un objeto sumergido en un líquido, mayor es el empuje. Por otra parte, si se sumerge totalmente un mismo objeto en dos líquidos diferentes, recibirá mayor empuje cuanto mayor sea la densidad del líquido. Esto se debe a que iguales volúmenes de líquidos diferentes tienen distinto peso, según la densidad de cada uno.

Esc. Exp. N° 2 “Puertas del Sol” FISICA 5° Año Flotación Docente responsable: Fernando Aso Flotación en los fluidos Que un objeto se hunda o flote en un líquido depende de la relación entre su peso y el empuje que recibe al sumergirse completamente. A continuación se analizan las distintas posibilidades que se pueden presentar:

Cuando se lo sumerge y P > E. El peso del cuerpo es mayor que el empuje: en este caso hay una fuerza resultante hacia abajo; por lo tanto, el cuerpo se acelera en esa dirección y se hunde. Al llegar el fondo, la fuerza de interacción con el recipiente equilibra las fuerzas ejercidas sobre el cuerpo.

Al sumergirse y P < E. El peso del cuerpo es menor que el empuje: la fuerza resultante es hacia arriba; entonces el cuerpo se acelera y sube hacia la superficie.

Al flotar y P = E. A medida que parte del cuerpo emerge del líquido, disminuye la cantidad de líquido desalojado y, por lo tanto, disminuye el empuje. Cuando el empuje iguala al peso del cuerpo, este está en equilibrio y se queda quieto flotando en la superficie.

Los gases, al ser fluidos, también cumplen con al Principio de Arquímedes y con las condiciones de flotación. Entonces se puede enunciar que sobre todo cuerpo ubicado dentro de un gas se ejerce un empuje cuyo valor es igual al peso del volumen del gas desalojado. La relación entre el peso de un cuerpo y el empuje que reciba en el gas determina que un cuerpo “se hunda y permanezca en el fondo” (sobre la superficie de la tierra) o “flote” (se eleve en el aire). En el caso de los cuerpos macizos y homogéneos, si planteamos la condición de equilibrio P = E y reemplazamos por: P=E ρc ⋅ g ⋅ Vc = ρliq. ⋅ g ⋅Vsum. Podemos simplificar la gravedad que está en ambos miembros, y además si consideramos un cuerpo totalmente sumergido el volumen del cuero y el volumen sumergido son iguales, por lo tanto nos queda una relación entre la densidad del cuerpo y la del líquido.

Esc. Exp. N° 2 “Puertas del Sol” FISICA 5° Año Flotación Docente responsable: Fernando Aso De esto último podemos concluir que si la densidad del cuerpo es mayor que la del líquido el cuero se hundirá, si la densidad del cuerpo es menor que la del líquido el cuero flotará y si la densidad del cuerpo es igual a la del líquido el objeto se quedará en un equilibrio estable.