PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
Al sumergir un cuerpo total o parcialmente en un líquido, podemos notar que el líquido ejerce fuerzas contrarias al peso
del objeto, lo cual ocasiona que éste experimenta una perdida aparente de peso e incluso puede ocasionar salga a flote.
Para estudiar el origen de esta fuerza ejercida por los líquidos recuerda que un líquido ejerce fuerzas perpendiculares
sobre las paredes del recipiente que lo contiene y también ejerce fuerzas perpendiculares sobre las caras de un sólido
que se sumerge en él.
Imaginémonos diferentes cuerpos sumergidos en agua y representamos la distribución de las fuerzas sobre sus
superficies teniendo que cuando el mayor es la profundidad, mayor es la presión. La simetría de las fuerzas permite
deducir que la resultante de ellas en la dirección horizontal es igual a cero. Pero en la dirección vertical las fuerzas no se
equilibran por que como la presión en la parte superior del líquido es menor que en la parte inferior, la fuerza que ejerce
el líquido en la parte superior es menor que la que ejerce en la parte inferior, Sobre el cuerpo actúan una fuerza vertical
hacia arriba que llamaremos fuerza de empuje.
El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia
arriba igual al peso de fluido desalojado.
La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figura:
1. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
2. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que
ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a ƍLíq * VLíq. desplaza, donde al multiplicar la
aceleración de la gravedad g, obtenemos la siguiente expresión del Principio de Arquímedes
Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe
anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el
centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje.
Femp = Peso del líquido desplazado, lo cual equivale a: ƍLíq * g * VLíq. desplaza = ƍLíq *g * Vsolido sumergido
Laboratorio # 2
Propósito: Caracterizar el concepto del principio de Arquímedes
Materiales:
Recipiente
Dinamómetro
Agua
Objetos metálicos
Cuerda
Bloque de madera
Procedimiento:
Parte A
1. Pesa el objeto metálico
2. realiza la lectura del dinamómetro
3. Calcula la fuerza del empuje. Indica el peso del líquido desplazado.
4. Determina el volumen del líquido desplazado.
5. Calcula el volumen del sólido sumergido
6. determina la densidad del material del cual está conformado el objeto.
Parte B
1. mide el peso del bloque de madera antes de introducirlo en agua.
2. puesto que para la madera dentro del agua no es posible hacer una medición con el dinamómetro de la misma
manera que se hizo con el objeto metálico en el experimento anterior, observa la medición que registra el dinamómetro
con el bloque de madera fuera del agua y el objeto metálico dentro del agua.
3. introduce en el agua el bloque de madera y el objeto metálico y realiza la lectura del dinamómetro.
4. calcula la fuerza de empuje sobre la madera.
Determina el peso del líquido desplazado por la madera.
5. Determina el volumen de la madera y calcula su densidad.
Análisis:
Parte A
1. ¿Cómo identificarías el material utilizado?
2. ¿Cómo sería la fuerza de empuje si el experimento se realizará con un objeto metálico del mismo volumen pero con
una densidad tres veces mayor?
3. ¿Cómo sería la fuerza de empuje si el experimento se realizará con un objeto del mismo material pero con la mitad
del peso?
Parte B
1. Si utiliza un bloque de madera con un volumen igual el doble del utilizado, ¿varía la fuerza de empuje?
2. Si utiliza un bloque de madera con un volumen igual el doble del utilizado, ¿varía la densidad?
3. Si el volumen del bloque de madera y el del objeto metálico son iguales, ¿Cuál de los dos experimentos mayor fuerza
de empuje?