home
sabelotodo
logo
entrar
comentario
colaborar


Flotación y principio de Arquímedes.

Todos hemos observado que un trozo de corcho flota cuando se lanza al agua, mientras que un pedazo de ladrillo se unde. Nuestra experiencia nos dice que esta diferencia está vinculada con la densidad del material y no con su masa, ya que se unde lo mismo un trozo de ladrillo pequeño que uno grande, y lo mismo sucede, pero con la flotación en trozos de cualquier tamaño de corcho.

El principio vinculado con los objetos sumergidos en fluidos fue descubierto por el matemático griego Arquímedes y este descubrimiento denominado Principio de Arquímedes se puede enunciar de la forma siguiente:

Sobre un cuerpo sumergido, parcial o totalmente en un fluido, actúa una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo.

Cada uno de nosotros ha podido experimentar el principio de Arquímedes, así por ejemplo nos resulta fácil levantar a otra persona cuando ambos estamos dentro del agua de la playa, mientras esta misma operación es más difícil fuera del agua en la arena de la orilla. Sin duda el agua proporciona soporte parcial a cualquier objeto colocado en ella y ese soporte se conoce como fuerza de flotación. La fuerza de flotación actúa verticalmente hacia arriba en lo que sería el centro de gravedad del fluido antes de ser desplazado.

figura 1
Figura 1. Cubo de agua unitario.

Para verificar el Principio de Arquímedes utilicemos el cubo de agua unitario que se muestra en la figura 1. Este cubo de agua está en equilibrio bajo la acción de las fuerzas que actúan sobre él, es decir no se mueve, lo que indica que la fuerza neta actuante es cero. Una de esas fuerzas es el peso propio del cubo de agua (p) pero ¿cual es la otra que cancela este peso? Todo indica que el resto de la masa de agua dentro del recipiente produce una fuerza de flotación (f) que se opone al peso del cubo y lo sostiene en equilibrio. Aceptado esto último, entonces la fuerza de flotación, f, sobre el cubo de agua es exactamente igual en magnitud al peso del agua que está dentro del cubo, p.

f = p

Ahora supongamos que el cubo de agua se sustituye por uno de acero de las mismas dimensiones. ¿Cual sería la fuerza de flotación actuante sobre el cubo de acero? El agua dentro del recipiente que rodea el nuevo cubo debe mantener el mismo comportamiento con independencia de la naturaleza del cubo siempre que este tenga las mismas dimensiones de modo que:

La fuerza de flotación que actúa sobre el acero es la misma fuerza de flotación que actúa sobre un cubo de agua de las mismas dimensiones.

Ahora es fácil comprender la razón por la que el trozo de ladrillo se unde mientras el corcho flota en el agua. El peso de un cuerpo cualquiera es el producto de su volumen por la densidad del material que constituye el cuerpo, de modo que el peso del trozo de ladrillo, cuya densidad es mucho mayor que la del agua, será siempre mayor que la fuerza de flotación generada por el volumen de agua que este desplaza, e irremisiblemente irá al fondo al ser:

f < p

En el caso del corcho la situación es inversa, la densidad de este material es mucho menor que la del agua de modo que:

f > p

Y se mantendrá flotando sumergido parcialmente hasta que desplace la cantidad de agua suficiente que compense su peso.



Otros temas de física aquí.
Para ir al índice general del portal aquí.