En el siguiente artículo explicaremos, de forma clara y precisa, Principios de Arquímedes. Si deseas conocer, finalmente, por qué algunos objetos terminan hundiéndose, y otros flotando hacia la superficie, e incluso por qué los peces realmente nadan, te invitamos a que nos acompañes. Estos suelen usarse normalmente en disciplinas como física y química, pero generan confusión y comprensión equivocada. También aprovecharemos de aclarar conceptos fundamentales como fluido, empuje y desplazamiento. ¡Vamos hasta el final!
¿Qué son los Principios de Arquímedes?
Un objeto pesado, como un pedazo de hierro, se lanza en una bañera e inmediatamente se hunde. Sin embargo, los barcos, construidos de madera y materiales similares, se mantienen a flote, navegando. ¿Por qué pasa y cuál explicación existe al respecto? Eso lo sabemos mediante el Principio de Arquímedes.
Dicho principio nos dice que, cuando un cuerpo –un objeto con un volumen determinado– se introduce en un fluido, experimenta un suceso conocido como desplazamiento o fluido despejado, de forma vertical y hacia arriba. Esto se comprueba fácilmente, como hemos venido mencionando, al introducir selectivamente diferentes objetos y notar cuándo se hunde, o se mantienen flotando.
El objetivo del Principio de Arquímedes es explicar el tipo de fuerza que suele ejercerse cuando un cuerpo se relaciona con los fluidos. Pero, ¿qué son los mencionados fluidos? En palabras sencillas es una sustancia material caracterizada, en primera instancia, por una gran movilidad y un amplio desplazamiento.
Mientras que la fuerza de empuje, por otro lado, es la medición realizada normalmente mediante el Principio de Arquímedes, para explicar la fuerza empleada de forma vertical de los cuerpos que entran en contacto con fluidos sumergidos. Este ha sido uno de los estudios, investigaciones y también descubrimiento más importante de la historia, y que es utilizado en una importantísima cantidad de disciplinas.
Historia de Arquímedes
Arquímedes de Siracusa, que es el nombre real de la persona reconocida mundialmente por el desplazamiento de los cuerpos en los fluidos, vivió específicamente entre 287 y 212 a.C en Grecia. Además del estudio que mencionamos, también es conocido por una cantidad de investigaciones muy notorias, sobre todo en la rama de la física, que es su fuerte. Algo que lo apasiona hasta su último aliento.
Nació, y posteriormente se crió, en un ambiente rodeado de conocimientos e información sobre toda clase de ciencias, como la astronomía. Mostrando pinceladas de su capacidad al analizar información en su temprana edad, se posicionará rápidamente para aprender y comprender los misterios, que para entonces, no eran del todo claro. Dando como resultados satisfactorios la flotabilidad, otra forma en que es conocida el Principio de Arquímedes del desplazamiento de fluidos.
Dicho principio que lo catapultó a la historia, nació mediante un proceso de investigación minuciosa, sumergiendo continuamente objetos y cuerpos de diferentes volúmenes hasta encontrar una respuesta. En medio de tantos experimentos, identificó que algunos objetos sufrían una fuerza del modo ascendente, mientras que otras descendentes. Siendo conocido como fuerza de empuje.
Explicación del Principio de Arquímedes
Habiendo indagado tanto en la historia, como en las nociones básicas de los Principios de Arquímedes, es momento de explicar, para los que no tengan completamente claro, cuáles son las bases fundamentales del Principio de Flotabilidad. Este es de esos conceptos que, de forma escrita puede resultar complicado, pero visualmente ayuda a comprender las bases presentadas anteriormente por Arquímedes.
En primer lugar debemos entender el comportamiento de los cuerpos relacionándose con el mar, agua y toda clase de líquido donde existen fluidos. Entendamos que existen dos pesos: los que tienen antes de sumergirse y posteriormente el que tienen cuando se introducen sobre los líquidos. Momentáneamente, cuando se sumergen, se colocarán al mismo peso que mantenían fuera, y luego hay que restarle el peso del fluido que lo desplaza verticalmente, y así obtener la fuerza de empuje.
Entonces, cuando vayamos a calcular la fuerza de empuje de cualquier objeto, obligatoriamente debemos tener la siguiente información: P, que es que corresponde al peso del fluido que se desplaza al sumergir el cuerpo. E, que corresponde a la fuerza del cuerpo que se ejerce sobre el fluido en pleno sumergimiento, M, que es la masa del fluido desplazado, D, que es la densidad aparente del Fluido, V, que corresponde al Fluido que está siendo desalojado momentáneamente y finalmente G, que es la gravedad ejercida.
¿Por qué se hunden o flotan los objetos?
Entonces, en este punto sabemos que la flotabilidad depende del peso del desplazamiento ejercido por los fluidos. Sin embargo, unos cuerpos no siempre terminan hundiéndose. ¿Por qué sucede esto? Sencillo, porque hay relación estrecha entre la densidad del objeto –que es la cantidad de masa en un determinado volumen de un objeto sólido– y la densidad del fluido –que se corresponde igualmente al volumen de las sustancias–.
Entonces, cuando la densidad del objeto tiene una densidad aproximada y determinada que la del fluido mayor, terminan hundiéndose. Porque los fluidos realmente no pueden mantenerlos a flote. Mientras que, cuando un objeto con determinada densidad es menor a la de los fluidos, se mantiene a flote por la aparente fuerza ejercida en las paredes.
Entonces, ¿qué sucede con los barcos? Bueno, estos tienen una parte que mantiene siempre hundido. Pero se deshacen de un volumen de agua que es mayor que el peso del barco –construido de madera, un cuerpo con densidad menor–. Por eso, cuando hay un agujero, y el barco se llena de agua rápidamente, se hunde. Porque el agua ejerce un volumen mayor que el de los fluidos.
Algo similar sucede con los submarinos, pero en otro grado. Ellos se mantienen flotando porque equilibran su peso. Si no hacen esto, dado que se encuentra construido de materiales pesados, se hunde completamente. Entonces, progresivamente, se mantienen sacando y dejando entrar agua para lograr equilibrarse.
Otro experimento bueno son los globos. Si estos se encuentran completamente vacíos, inmediatamente se hunden. Ya que los fluidos ejercen una presión y rápidamente lo envía al exterior. Pero, cuando se introduce agua en el interior, sucede algo interesante. El globo no flota, pero tampoco se hunde, porque los volúmenes tanto de los fluidos, como del cuerpo –globo–, se encuentren en un perfecto equilibrio.