3.10 PRINCPIO DE ARQUÍMEDES

 PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

Objetivo:

Investigar cómo el empuje depende de la densidad del líquido y del volumen del objeto sumergido, para comprender mejor el comportamiento de los cuerpos en distintos fluidos y explicar por qué algunos flotan mientras otros se hunden, verificando experimentalmente el Principio de Arquímedes.

Marco Teórico:

Principio de Arquímedes

El Principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desalojado. Este principio explica el comportamiento de los objetos en el agua y otros líquidos, permitiendo entender por qué algunos flotan y otros se hunden.

Empuje

El empuje ($E$) es una fuerza ejercida por un fluido sobre un cuerpo sumergido en él. Su fórmula es:

$$E = \rho_{\text{líquido}} \cdot g \cdot V_{\text{desalojado}}$$

Donde:

• ${\rho }_{}$ es la densidad del líquido (kg/m³).
• $g$ es la aceleración de la gravedad (9.8 m/s² en la Tierra).
• $V_{}$ es el volumen del líquido desplazado por el cuerpo (m³).

Si el empuje es mayor que el peso del objeto, este flotará; si es menor, se hundirá.

Factores que afectan el empuje

El empuje depende de tres factores principales:

1. Densidad del líquido: Cuanto mayor sea, mayor será el empuje. Ejemplo: el agua salada ejerce más empuje que el agua dulce.
2. Volumen del cuerpo sumergido: A mayor volumen desplazado, mayor empuje.
3. Gravedad: Aunque es constante en la Tierra, en otros planetas podría cambiar el comportamiento de los cuerpos en líquidos.

Flotabilidad y equilibrio de los cuerpos

El comportamiento de un cuerpo sumergido en un fluido puede clasificarse en tres casos:

• Flota: Si el empuje es mayor que el peso del cuerpo.
• Equilibrio: Si el empuje es igual al peso del cuerpo.
• Se hunde: Si el empuje es menor que el peso del cuerpo.

Este fenómeno es crucial en aplicaciones como la navegación, la construcción de submarinos y el diseño de barcos.

Importancia del Estudio

El estudio del empuje y la flotabilidad permite entender cómo interactúan los cuerpos con los fluidos, ayudando a desarrollar tecnologías como salvavidas, barcos, submarinos y dispositivos de medición de densidad.

Materiales:

*Lab virtual

Procedimiento:

1. Entra al link

2.Escoge que experimento realizar

4.Vamos a escoger el 5to experimento

5.Subimos y bajamos el dinamómetro

6. Respondemos a la pregunta propuesta: ¿Varía con la profundidad el empuje que el agua ejerce sobre el cuerpo?, con lo ya observado en la práctica

Resultados esperados:

Podemos ver que, el empuje que el agua ejerce sobre el cuerpo no varía con la profundidad, siempre que el objeto esté completamente sumergido y la densidad del agua sea constante. Esto se debe a que el empuje depende únicamente del volumen del objeto sumergido, de la densidad del fluido y de la gravedad, demostrando asi que,  la fuerza de empuje en un fluido homogéneo no depende de la profundidad, sino del volumen desplazado, lo que valida el principio de Arquímedes.

Preguntas para reflexionar:

¿Por qué el empuje ejercido por un fluido sobre un objeto no depende de la profundidad, siempre que el objeto esté completamente sumergido?

¿Qué relación existe entre el volumen del objeto sumergido y el volumen de fluido desplazado?

¿Cómo cambiaría la fuerza de empuje si el objeto estuviera sumergido en un fluido con mayor densidad, como el aceite o la salmuera?

¿Qué aplicaciones prácticas del principio de Arquímedes puedes identificar en la vida cotidiana o en la industria?

¿Qué sucedería si el objeto no estuviera completamente sumergido? ¿Cómo afectaría esto al empuje y al equilibrio del objeto?