PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES

Los cuerpos sólidos sumergidos en un líquido experimentan un empuje hacia arriba. Este fenómeno, que es el fundamento de la flotación de los barcos, era conocido desde la más remota antigüedad, pero fue el griego Arquímedes (287-212 a. de C.) quien indicó cuál es la magnitud de dicho empuje. De acuerdo con el principio que lleva su nombre:

¨TODO CUERPO SUMERGIDO TOTAL O PARCIALMENTE EN UN LÍQUIDO EXPERIMENTA UN EMPUJE VERTICAL Y HACIA ARRIBA IGUAL AL PESO DEL VOLUMEN DE LÍQUIDO DESALOJADO¨

La explicación del principio de Arquímedes 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.

EQUILIBRIO DE LOS CUERPOS SUMERGIDOSDe acuerdo con el principio de Arquímedes, para que un cuerpo sumergido en un líquido esté en equilibrio, la fuerza de empuje E y el peso P han de ser iguales. En tal caso, la fuerza resultante R es cero.

EQUILIBRIO DE LOS CUERPOS FLOTANTESSi un cuerpo sumergido sale a flote es porque el empuje predomina sobre el peso (E>P). En este caso, existe un equilibrio entre peso y empuje, siendo en este caso el empuje el peso del volumen de fluido desplazado por la parte sumergida del cuerpo.A continuación, se ilustra el Principio de Arquímedes 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 así menos agua— hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque. Esto se explica si pensamos que el cuerpo es sumergido lentamente, primero se sumerge un poco, el empuje es igual al peso del liquido desalojado por el volumen que se sumergio (no todo esta sumergido), seguimos sumergiendo el bloque un poco mas hasta que vemos que no se hunde, parte del bloque queda afuera y parte dentro del agua (FIGURA 2), no se hunde mas. Como el bloque de madera es de un material menos denso que el agua, este se hunde pero su peso es siempre el mismo, va desalojando cada vez mas agua hasta que la cantidad

desalojada pesa lo mismo que el bloque y eso ocurre antes que se sumerja totalmente, en el caso del Aluminio, al ser mas denso, jamas desalojara un peso de agua que pese mas que lo que se sumerje, por lo que el Aluminio simplemente SE HUNDE, existen materiales tan poco densos que se sumerjen casi nada debido a que desalojando poca agua llegan a igualar el peso del bloque (Caso del telgopor, o plásticos) al tener muy baja densidad respecto del agua. Si el material fuera de la misma densidad que el agua, entonces nos encontrariamos que sea cualquier tipo de bloque, se hunde completamente pero sin hundirse, queda flotando a media agua, sin subir ni bajar.

El principio de Arquimedes permite explicar la flotación de un barco, se entiende que un barco esta construido con un material mucho mas denso que el agua y sin embargo flota, el agua por lo tanto ejercerá una fuerza que hara que dicho barco no solo no se hunda sino que tenga gran parte por arriba de la superficie. Este empuje será igual al peso del BARCO ENTERO pero el barco desaloja menos agua que lo que ocupa en su totalidad, la explicacion es sencilla si pensamos que el barco esta construido de un material con un densidad alta pero la forma del barco da PARA EL AGUA, UNA DENSIDAD MUCHO MENOR, esta densidad es pequeña debido a que dicho barco tiene un volumen aparente mucho mayor que el que tendría si fuera maciso, al ser hueco, el agua es desplazada por el volumen sumergido aunque sea solo una capa delgada de hierro que por detrás tiene aire, para el agua, el barco tiene un volumen aparente, no es un volumen real del mismo material (hierro), una garrafa también flota, si el material de hierro que la forma estuviera todo hecho un bollo, el volumen es el que ocupa realmente el hierro, por lo que se hunde, si ese material lo estiramos y formamos una capa delgada que tenga una forma extendida y le hacemos un hueco, al ponerla sobre el agua se hundirá, ira desalojando agua según el volumen que se hunde, pero llegara un momento en que el volumen hundido significara una cantidad de agua que pesara lo mismo que ese material de hierro que además contendrá aire, el conjunto tendrá una densidad menor que el agua.

En números tenemos el siguiente ejemplo

DENSIDAD APARENTE

Un cuerpo posee una densidad real cuando es un bloque homogéneo, totalmente ocupado por dicho material, si a ese material le damos forma tal que posee una o

mas cavidades, el mismo peso ahora esta distribuido en un volumen mayor, la densidad será entonces la relacion (cociente) entre la MASA Y SU VOLUMEN, como este ultimo es mayor, la densidad disminuye, el aire que pueda ser contenido en el interior de la forma aporte poco peso, el resultado es un cuerpo que al sumergirlo posee una densidad menor que la del agua y flota, un submarino cuya estructura es de hierro, tiene compartimientos que se llenan con aire comprimido, esto produce un cuerpo que si bien pesa toneladas, debido a su gran volumen termina teniendo una densidad baja, menor o igual que la del agua, si esos compartimientos se llenan de agua, la densidad del submarino aumenta y este se puede sumergir, el secreto de la flotabilidad de los submarinos reside en que su densidad aparente se puede regular sumando o restando agua a un cuerpo que posee menor densidad, asi puede subir a la superficie o bajar a profundidades que no lo afecten.