Principio de Arquimedes
El principio de Arquímedes establece que la fuerza de flotación hacia arriba que se ejerce sobre un cuerpo sumergido en un líquido , ya sea total o parcialmente, es igual al peso del líquido que el cuerpo desplaza . [1] El principio de Arquímedes es una ley de la física fundamental para la mecánica de fluidos . Fue formulado por Arquímedes de Siracusa . [2]
Cualquier objeto, total o parcialmente sumergido en un fluido o líquido, es impulsado por una fuerza igual al peso del fluido desplazado por el objeto.
El principio de Arquímedes permite calcular la flotabilidad de cualquier objeto flotante sumergido parcial o totalmente en un fluido. La fuerza hacia abajo sobre el objeto es simplemente su peso. La fuerza ascendente, o flotante, sobre el objeto es la establecida por el principio de Arquímedes, arriba. Por tanto, la fuerza neta sobre el objeto es la diferencia entre las magnitudes de la fuerza de flotación y su peso. Si esta fuerza neta es positiva, el objeto se eleva; si es negativo, el objeto se hunde; y si es cero, el objeto tiene flotabilidad neutra, es decir, permanece en su lugar sin levantarse ni hundirse. En palabras simples, el principio de Arquímedes establece que, cuando un cuerpo está parcial o completamente sumergido en un líquido, experimenta una pérdida aparente de peso que es igual al peso del líquido desplazado por la parte sumergida del cuerpo (s).
Considere un cuboide sumergido en un fluido, sus caras superior e inferior son ortogonales a la dirección de la gravedad (se asume constante a lo largo del tramo del cubo). El fluido ejercerá una fuerza normal en cada cara, pero solo las fuerzas normales en la parte superior e inferior contribuirán a la flotabilidad. La presiónLa diferencia entre la cara inferior y la superior es directamente proporcional a la altura (diferencia en la profundidad de inmersión). Al multiplicar la diferencia de presión por el área de una cara, se obtiene una fuerza neta sobre el cuboide , la flotabilidad , que iguala en tamaño al peso del fluido desplazado por el paralelepípedo. Sumando un número suficiente de cuboides arbitrariamente pequeños, este razonamiento puede extenderse a formas irregulares, por lo que, cualquiera que sea la forma del cuerpo sumergido, la fuerza de flotación es igual al peso del fluido desplazado.
El peso del fluido desplazado es directamente proporcional al volumen del fluido desplazado (si el fluido circundante es de densidad uniforme). El peso del objeto en el fluido se reduce debido a la fuerza que actúa sobre él, que se denomina empuje hacia arriba. En términos simples, el principio establece que la fuerza de flotación (F b ) sobre un objeto es igual al peso del fluido desplazado por el objeto, o la densidad ( ρ ) del fluido multiplicada por el volumen sumergido (V) por el gravedad (g) [1] [3]
donde denota la fuerza de flotación aplicada sobre el objeto sumergido, denota la densidad del fluido, representa el volumen del fluido desplazado y es la aceleración debida a la gravedad . Así, entre los objetos completamente sumergidos de igual masa, los objetos de mayor volumen tienen mayor flotabilidad.
