Principio de Arquímedes

Dentro del estudio del comportamiento de los líquidos, se han destacado grande personalidades de la ciencia. Arquímedes de Siracusa fue un físico que se ha reconocido por sus aportes a este tema. Y logró grandes avances para determinar el volumen que poseía un objeto. Es así, como hoy día conocemos el principio de Arquímedes.

De esta manera, se define que un cuerpo que se sumerge en un fluido que se encuentra en reposo, recibe un empuje vertical hacia arriba el cual tiene un peso igual al fluido desplazado. Este fenómeno conocido como fuerza de empuje, también ha sido mencionado como empuje hidrostático.

A través de este enunciado, se ha podido determinar el volumen de distintos cuerpos. Sin importar si poseen una forma regular o irregular, este método puede ser aplicable. Pero antes de que el objeto sea sumergido, es necesario conocer sus datos mientras se encuentra en el vacío. Así es que se podrá obtener con exactitud el volumen que posee una vez que se encuentra dentro del fluido.

Principio de Arquímedes

¿Qué es el principio de Arquímedes?

A través del principio de Arquímedes, se ha podido estudiar el volumen que poseen los cuerpos. Es así, como este postulado declara que cuando un cuerpo se sumerge parcial o totalmente dentro de un líquido, experimenta un empuje de abajo hacia arriba. Este se considera igual al peso del fluido que ha sido desalojado.

Teniendo en cuenta esta teoría, se ha podido estudiar el efecto de flotación, que ha sido conocido como fuerza de empuje. Mediante esta, se crea una relación entre el peso del cuerpo y esta fuerza.

Historia del principio de Arquímedes

A ciencia cierta, no existe un registro propio del trabajo de Arquímedes. En realidad, fue el arquitecto Vitruvio quien hizo eco de una anécdota que llevo al físico y matemático a formular este enunciado. Según parece, el tirano Hieron II recientemente había recibido una corona. Pero no estaba seguro de que realmente esta fuera de oro, y el orfebre solo hizo un engaño.

Para salir de sus dudas, hizo llamar a Arquímedes y le encomendó la tarea de dar respuesta a su duda. Sin embargo, él siempre había trabajado con cuerpos de forma regular, y esta vez se le dificultaba determinar su densidad al ser la corona de forma irregular. Fundirla para cambiar su forma no era algo posible, ya que esta debía permanecer intacta.

Principio de Arquímedes

Un día, decidió tomar un baño en la tina. Pero al momento de entrar a esta, notó que a medida que iba entrando, el nivel del agua iba subiendo. En este sentido, determinó que si se sumergía la corona dentro del agua, entonces esta sería capaz de desplazar una cantidad del fluido igual al de su volumen.

Tras esto, tomaría los datos y dividiría la masa de la corona por el volumen del líquido, obteniendo así su densidad total. En caso de que la densidad fuera menor, se determinaría que durante su fabricación se usaron metales menos densos y más baratos. Tras analizar todo su postulado, corrió por las calles desnudo gritando su icónica frase “Eureka”.

Si se revisa cada uno de los trabajos de Arquímedes que se han registrado a lo largo de la historia, no existe ninguno donde se mencione la anécdota. Pero el enunciado de este principio aparece en el tratado “Sobre los cuerpos flotantes”. Aquí explica de manera extensa todos sus estudios sobre el principio de Arquímedes.

Flotación en el principio de Arquímedes

De manera coloquial, hemos asumido que el término flotación hace referencia a un cuerpo que permanece en la superficie de un fluido. Pero según lo establecido dentro del postulado de Arquímedes, este término tiene otro significado. Por el enunciado del principio tenemos que un cuerpo que se sumerge o está parcialmente sumergido en un fluido, flotará como resultado de la fuerza de magnitud, la cual es igual al peso del fluido desplazado. Esto se conoce como fuerza de flotación, y también puede ser explicado la fuerza resultante que mantiene a un cuerpo en su posición mientras se encuentra dentro de un líquido.

Principio de Arquímedes

Hay ciertas características a tomar en cuenta para entender la fuerza de flotación. En primer lugar, se tiene que esta actúa en sentido contrario en relación al peso del cuerpo que se está estudiando. Además, esta es producto de la presión que se origina a partir del interior del líquido.

Pero al momento de realizar cualquier experimento, es necesario tomar siempre en cuenta el peso del objeto. Para poder estudiar la fuerza de flotación, se debe estudiar esta característica. Entonces se tiene que:

De manera general, se dice que la fuerza de flotación será igual a la densidad del fluido, por su volumen por la fuerza de gravedad. Pero para calcular la densidad, es necesario tener el peso del fluido, que se calcula multiplicando su masa por la gravedad. A partir de esto, se presentan los siguientes casos:

  • Si el peso del objeto es menor a la fuerza de flotación, entonces el cuerpo se mantendrá arriba solo con una porción sumergida.
  • Si la fuerza de flotación es menor al peso del objeto, el cuerpo se hundirá y quedará depositado en el fondo.
  • Si la fuerza de flotación y el peso del objeto son iguales, el cuerpo se hundirá en el fluido pero flotará dentro de este.

Aplicaciones del principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes ha tenido gran utilidad tanto en la ciencia como en la industria. Esto ha permitido que se desarrollen y diseñen distintos implementos que se pueden observar de manera cotidiana. Pero su aplicación ha ido más allá que su comprobación dentro del agua:

  • Los globos aerostáticos: resulta intrigante ver como estos son capaces de flotar en el aire. Esto se debe a que el aire dentro de estos poseen una densidad menor a la del aire que lo rodea, lo que permite que se eleven y floten gracias a la acción de la fuerza de empuje.

Principio de Arquímedes

  • Los barcos: Aunque se deduce que por el material con que están fabricados, deberían hundirse, en su diseño radica la razón de porqué flota. Su casco cuenta con compartimientos de aire, lo cual permite que la relación entre masa y volumen sea menor a la del agua. Todos estos factores favorecen su flotación sobre el agua.
  • El flotante de los tanques del agua: para que un tanque no se rebose, cuenta con un flotador que cierra el grifo por el cual cae el agua. Este consiste en una esfera hueca con aire en su interior. A medida que sube el nivel del agua, la fuerza de empuje provoca un efecto palanca que cierra el grifo cuando el agua ha llegado al nivel adecuado.

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