PRINCIPIO DE ARQUÍMIDES

287-212 a.C.

La “flotación” es una fuerza ascendente debida a que la presión aumenta con la profundidad.


 
 
  

La fuerza de flotación sobre un cuerpo inmerso en un fluido es igual al peso del fluido desplazado por ese objeto. “Todo cuerpo que se sumerge en un líquido experimenta un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen de líquido desalojado”.

Ejemplo 1 ¿Es de oro la corona? Cuando una corona cuya masa es de 14.7 kg está sumergida en agua, una balanza exacta indica sólo 13.4 kg. ¿Está hecha de oro la corona?   19.3 kg/m

Ejemplo 2 Globo de helio ¿Qué volumen V de helio se necesita para que un globo levante una carga de 180 kg (incluido el peso del globo vacío)?   1.29 kg/m   0.179 kg/m

TENSIÓN SUPERFICIAL La superficie actúa como si estuviera bajo tensión, y esta tensión, que actúa paralelamente a la superficie, surge de las fuerzas de atracción entre las moléculas.






fuerza por unidad de longitud que actúa de forma perpendicular a cualquier línea o corte en la superficie de un líquido, tendiendo a cerrarla.

La capilaridad El agua en un recipiente de vidrio se eleva ligeramente donde toca el vidrio. Se dice que el agua “moja” al vidrio. Por otra parte, el mercurio se hunde donde toca al vidrio. En tubos con diámetros muy pequeños los líquidos suben o bajan con respecto al nivel del líquido que los rodea. Tales tubos delgados donde se da este fenómeno se llaman capilares.

El Premio Nobel de Física de 2017 a la detección de las Ondas Gravitacionales De izquierda a derecha, Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne

La primera observación de ondas gravitatorias o gravitacionales se efectuó el 14 de septiembre de 2015 y fue anunciada por las colaboraciones LIGO y Virgo el 11 de febrero de 2016. Las ondas gravitacionales, cuya existencia predijo Einstein 100 años antes, fueron producidas por una colisión o fusión de dos agujeros negros que sucedió hace 1.300 millones de años. Estas ondas, ocurridas hace millones de años, constituyen una forma completamente nueva de observar los eventos más violentos del universo y ponen a prueba los límites de nuestro conocimiento. Los científicos Weiss, Thorne y Barish, garantizaron que cuatro décadas de esfuerzo finalmente permitieran observar las ondas gravitacionales.

Solución Ejemplo 1: Cuando el objeto está sumergido lo que indica la balanza es el peso aparente, es decir indica la fuerza resultante con la cual es jalado hacia abajo el hilo del que cuelga. Esta fuerza resultante está compuesta por el peso real de la corona y el empuje que sufre la misma al estar sumergida en agua: !´ 
´  ! 


#

También podemos escribir: !  !´ 
 Como
 es el empuje, entonces

!  !´ 
  $ % &'

donde &' es el volumen total de la corona, ya que está completamente sumergida. Además el real ! de la corona es !  ( &' Haciendo el cociente entre estas dos últimas ecuaciones, obtenemos

! ( &' (   !  !´ $ % &' $ %

El término de la derecha es la gravedad específica del material, la cual podemos evaluarla, ya que conocemos el peso real y el peso aparente

! ( 14.7 kg

   11.3 14.7 kg  13.7 kg

$ % !  !´ Esto corresponde con una densidad de 11300 kg/m , que no es la densidad del oro.

Solución Ejemplo 2: Obtengamos el volumen de helio necesario para que el globo esté en equilibrio, ni suba ni baje. Sobre nuestro sistema, que es el globo más la caja actúan tres fuerzas en la dirección vertical: el peso de la caja, el peso del helio y el empuje sobre el globo (también debería tenerse en cuenta el empuje sobre la caja, pero en general este es pequeño comparado con el peso de la caja en cuestión). Como queremos que nuestro globo se quede quieto, el peso total de mi sistema: *#   , '-

+

el cual debe ser igual en magnitud a la fuerza de flotación del globo:


   &-./0/ entonces + , '-   &-./0/ De la relación entre masa y densidad: puedo escribir

+  + &-./0/

+ &-./0/ , '-   &-./0/

Despejando el volumen del globo

&-./0/

'-     +

180 kg  160 m kg kg 1.29   0.179  m m

Con un volumen mayor a este el globo se elevará, ya que el empuje superará al peso total.