FISICA MÔQUINA HIDRÔULICA PRENSA HIDRÔULICA “PRINCIPIO

FISICA
MÔQUINA HIDRÔULICA
PRENSA HIDRÔULICA
“PRINCIPIO
DE ARQUÃ MEDES”
`FLOTACIÃ N'
Alumno:
Profesor:
INDICE
RESUMEN 3
OBJETIVOS 3
INTRODUCCIÃ N 3
PRINCIPIO DE ARQUÃ MEDES 4
DEFINICIÃ N: FLOTACIÃ N O FUERZA DE EMPUJE 7
APLICACIONES 7
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES PERSONALES 8
APÃ NDICE 8
BiografÃ−a: ArquÃ−medes (Siracusa: 287 - 212 a.C.) 8
BIBLIOGRAFÃ A 12
RESUMEN
El presente trabajo explica el concepto de flotación, tratado por el Principio de ArquÃ−medes. Para ello se
entregan datos históricos, principios de funcionamiento, aplicaciones, comentarios personales y
conclusiones, bibliografÃ−a consultada y un pequeño apéndice donde se puede encontrar una pequeña
biografÃ−a de este genio.
OBJETIVOS
• Averiguar, conocer y aprender sobre el Principio de ArquÃ−medes
• Definir el concepto de Flotación
• Describir aplicaciones que involucren flotación.
INTRODUCCIÃ N
En la naturaleza encontramos una serie de fenómenos que suceden a diario y que en algunas ocasiones pasan
desapercibidos para nuestros ojos. à l poder comprender de manera más amplia estos fenómenos nos
ayuda a entender mejor como se comportan algunas fuerzas que entran en acción bajo ciertas circunstancias.
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Si bien el concepto de flotar está muy arraigado en nuestro vocabulario, la comprensión de éste como
fenómeno fÃ−sico comprende una serie de estudios, los cuales podemos ver en el Principio de
ArquÃ−medes.
El principio de ArquÃ−medes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia
arriba igual al peso del fluido desplazado por dicho cuerpo. Esto explica por qué flota un barco muy
cargado; su peso total es exactamente igual al peso del agua que desplaza, y ese agua desplazada ejerce la
fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote.
El principio de ArquÃ−medes permite determinar también la densidad de un objeto cuya forma es tan
irregular que su volumen no puede medirse directamente. Si el objeto se pesa primero en aire y luego en agua,
la diferencia de peso será igual al peso del volumen de agua desplazado, y este volumen es igual al volumen
del objeto, si éste está totalmente sumergido. AsÃ− puede determinarse fácilmente la densidad del
objeto (masa dividida por volumen). Si se requiere una precisión muy elevada, también hay que tener en
cuenta el peso del aire desplazado para obtener el volumen y la densidad correctos.
PRINCIPIO DE ARQUÃ MEDES
Establece que cuando un objeto se sumerge total o parcialmente en un lÃ−quido, éste experimenta un
empuje hacia arriba igual al peso del lÃ−quido desalojado. La mayorÃ−a de las veces se aplica al
comportamiento de los objetos en agua, y explica por qué los objetos flotan y se hunden y por qué
parecen ser más ligeros en este medio.
El concepto clave de este principio es el `empuje', que es la fuerza que actúa hacia arriba reduciendo el peso
aparente del objeto cuando éste se encuentra en el agua.
Por ejemplo, si un bloque metálico que posee un volumen de 100 cm3 se hunde en agua, desplazará un
volumen similar de agua cuyo peso aproximado es 1 N. Por tanto, el bloque parecerá que pesa 1 N menos.
Un objeto flota si su densidad media es menor que la densidad del agua. Si éste se sumerge por completo, el
peso del agua que desplaza (y, por tanto, el empuje) es mayor que su propio peso, y el objeto es impulsado
hacia arriba y hacia fuera del agua hasta que el peso del agua desplazada por la parte sumergida sea
exactamente igual al peso del objeto flotante. AsÃ−, un bloque de madera cuya densidad sea 1/6 de la del
agua, flotará con 1/6 de su volumen sumergido dentro del agua, ya que en este punto el peso del fluido
desplazado es igual al peso del bloque.
Por el principio de ArquÃ−medes, los barcos flotan más bajos en el agua cuando están muy cargados (ya
que se necesita desplazar mayor cantidad de agua para generar el empuje necesario).
Además, si van a navegar en agua dulce no se pueden cargar tanto como si van a navegar en agua salada, ya
que el agua dulce es menos densa que el agua de mar y, por tanto, se necesita desplazar un volumen de agua
mayor para obtener el empuje necesario. Esto implica que el barco se hunda más.
Al sumergirse parcial o totalmente en un fluido, un objeto es sometido a una fuerza hacia arriba, o empuje. El
empuje es igual al peso del fluido desplazado. Esta ley se denomina principio de ArquÃ−medes, por el
cientÃ−fico griego que la descubrió en el siglo III antes de nuestra era. AquÃ− se ilustra el principio en el
caso de un bloque de aluminio y uno de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido en
agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua desplazada. (2) Si un bloque de madera está
completamente sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la
madera es menos densa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen
de agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente —desplazando asÃ− menos agua—
hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque.
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La explicación del principio de ArquÃ−medes consta de dos partes como se indica en las figuras:
El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
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 p·dS, donde p
solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.
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.
De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple
Empuje=peso=rf·gV
El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido rf por la aceleración de la
gravedad g y por el volumen de dicha porción V.
Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.
Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Las fuerzas
debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que hemos denominado empuje es la misma y
actúa en el mismo punto, denominado centro de empuje.
Lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el centro de masa, que puede o
no coincidir con el centro de empuje.
Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el
mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto.
En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coinciden
el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.
Todo lo anterior nos lleva a definir el concepto de flotación.
DEFINICIÃ N: FLOTACIÃ N O FUERZA DE EMPUJE
Cuando un cuerpo se sumerge total o parcialmente en un fluido, una cierta porción del fluido es desplazado.
Teniendo en cuenta la presión que el fluido ejerce sobre el cuerpo, se infiere que el efecto neto de las fuerzas
de presión es una fuerza resultante apuntando verticalmente hacia arriba, la cual tiende,en forma parcial, a
neutralizar a la fuerza de gravedad, también vertical, pero apuntando hacia abajo. La fuerza ascendente se
llama fuerza de empuje o fuerza de flotación y puede demostrarse que su magnitud es exactamente igual al
peso del fluido desplazado.
APLICACIONES
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Las aplicaciones a este principio son muchas tan asÃ− que podemos encontrarlas de forma muy cotidiana,
hasta ejemplos a nivel industrial.
Sin duda, el principal ejemplo de aplicación de la flotación esta en las embarcaciones, grandes o pequeñas
estas requieren de un estudio de flotación para su construcción. (Sin olvidar que por simple suspicacia de la
gente las construye sin estudiar el diseño).
Un tipo de hidrómetro empleado universalmente en los talleres para determinar el peso especÃ−fico del
lÃ−quido de las baterÃ−as de los automóviles se utiliza bajo el principio de ArquÃ−medes. Un flotador se
hunde o no hasta cierta señal, dependiendo del peso especÃ−fico de la solución en la que flota. AsÃ−, el
grado de carga eléctrica de la baterÃ−a puede determinarse, pues depende del peso especÃ−fico de la
solución.
También se encuentran aplicaciones para determinar la densidad de un objeto, como se explicó en la
introducción.
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES PERSONALES
Sin duda que a diario se dejan pasar bastantes situaciones cotidianas sin analizar fÃ−sicamente. En el caso de
la flotación se distinguen usos diarios y comunes. Por ejemplo al ir a la playa y nadar, la persona es el objeto
en el cual se emplea la fuerza de empuje y se obtiene una flotación.
Como avance cientÃ−fico y tecnológico es muy importante, pues con este principio de flotación se han
podido calcular mejores embarcaciones, robustas las cuales cruzan océanos completos sin hundirse,
sabiendo de ante mano cual es su máximo de carga.
Se han construido instrumentos de medición que facilitan el estudio y verificación de diversos elementos
(densidades, cargas eléctricas, peso, etc.), facilitando una herramienta mas para el estudio y evaluación de
los mismos.
APÃ NDICE
BiografÃ−a: ArquÃ−medes (Siracusa: 287 - 212 a.C.)
Matemático y fÃ−sico griego, conocido especialmente por sus inventos. Pasó la mayor parte de su vida en
Siracusa (Sicilia).
Descubrió que el volumen de la esfera es igual a dos tercios del volumen del cilindro circunscrito y que la
superficie de la esfera es cuatro veces mayor que su cÃ−rculo máximo.
Determinó que el valor de " ϓ " está comprendido entre 22/7 y 221/71. El primero de estos valores fue
utilizado durante gran parte de la edad media como aproximación a "ϓ".
También ideó la espiral de ArquÃ−medes, cuyo radio vector es proporcional al ángulo, aunque algún
autor clásico atribuye su descubrimiento a Conón de Samos.
En FÃ−sica descubrió el principio hidrostático que lleva su nombre, después generalizado a todos los
fluidos, que se enuncia asÃ−: Todo cuerpo sumergido en un lÃ−quido pierde una parte de su peso, o sufre un
empuje de abajo arriba, igual al del volumen de agua que desaloja. Si el peso del objeto es menor que el del
agua que ocupa el mismo volumen, el cuerpo flota. Si es igual, permanece en equilibrio hundido en el
lÃ−quido, y si es mayor se hunde. Se cuenta que dio con este principio cuando el rey de Siracusa le ordenó
descubrir si una corona que habÃ−a encargado estaba realmente hecha de oro macizo, sin romperla ni
destruirla. Preocupado por el problema, ArquÃ−medes se sumergió con ella en el baño, y cuando notó
que el agua de la bañera rebordaba, se le ocurrió la idea y corrió desnudo por las calles de Siracusa,
mientras gritaba: Eureka (lo encontré).
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Se le atribuyen unos cuarenta inventos mecánicos, entre los que destacan la rueda dentada y el tornillo de
ArquÃ−medes o tornillo sin fin, una máquina para elevar agua que se supone ideó para extraer agua de la
sentina de los barcos, de la que existen varias formas. La más sencilla es una tuberÃ−a helicoidal que gira
mediante una manivela y está inclinada un ángulo de 45 grados.
También experimentó con la palanca (se le atribuye la frase: Dadme un punto de apoyo y moveré el
mundo). Cuando los romanos sitiaron Siracusa, construyó una serie de máquinas y catapultas que arrojaban
una lluvia de proyectiles de gran peso y sembraron el espanto en los ejércitos de Marcelo, y asÃ− logró
defender la ciudad durante tres años.
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También se ha dicho que empleó grandes espejos cóncavos para incendiar las naves, aunque esto puede
ser una leyenda posterior. Cuando cayó la ciudad, Marcelo ordenó que se respetara a ArquÃ−medes, pero
se cuenta que un soldado le mató porque le reprendió por estropear sus dibujos en la arena, donde estaba
resolviendo un problema de GeometrÃ−a.
De sus muchos libros se han conservado nueve: De la esfera y del cilindro, donde realiza los descubrimientos
mencionados anteriormente; Sobre la medida del cÃ−rculo, obra corta en la que halla una aproximación de
la longitud de la circunferencia (y por tanto del valor de ), calculando el perÃ−metro de dos polÃ−gonos de
96 lados inscrito y circunscrito; Conoides y esferoides; Sobre las hélices; Equilibrio de los planos; Sobre la
cuadratura de la parábola; El arenario, donde inventa un sistema de numeración que le permita expresar
números muy grandes, que utiliza para calcular el número de granos de arena que podrÃ−an llenar la esfera
celeste, cuyo diámetro estima en un valor próximo a un año-luz; Equilibro de los cuerpos flotantes; en el
que describe sus trabajos sobre hidrostática y el principio de ArquÃ−medes; Y Método respecto a los
teoremas mecánicos, descubierto en el siglo XIX.
Se le ha dado el nombre de ArquÃ−medes a un cÃ−rculo de montañas lunares de unos 80 km. de
diámetro.
BIBLIOGRAFÃ A
Consultas en:
http://www.monografias.com
http://www.e-magister.com
http://www.sc.ehu.es/
http://www.wikipedia.org
http://es.wikibooks.org
http://www.portalplanetasedna.com.ar
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