La ley de Arquímedes es F = ρ.Vg. El significado de esta ley es que un objeto sumergido en un líquido experimentará una fuerza ascendente igual al peso del líquido desplazado por el objeto.
¿Cómo puede un barco con una carga tan pesada flotar en el océano? Esta pregunta será respondida cuando comprenda los principios de la ley de Arquímedes. La siguiente es una explicación del significado de la ley de Arquímedes y ejemplos de problemas de resolución de problemas relacionados con la ley de Arquímedes.
Historia de la ley de Arquímedes
¿Sabes quién es Arquímedes? ¿Qué ha descubierto Arquímedes en su tiempo?
Un día, el rey Hierón II le pidió a Arquímedes que investigara si su corona de oro estaba mezclada con plata o no. Arquímedes pensó seriamente en este asunto. Hasta que se sintió muy cansado y se tiró al baño público lleno de agua.
Entonces, notó que había agua derramándose por el piso e inmediatamente encontró la respuesta. Se puso de pie y corrió desnudo hasta la casa. Cuando llegó a casa le gritó a su esposa: "¡Eureka! ¡Eureka! " que significa "¡He encontrado! ¡He encontrado! " Luego hizo la ley de Arquímedes.
A través de la historia de Arquímedes, podemos ver que el principio de la ley de Arquímedes se trata de la fuerza de sustentación o flotabilidad de un fluido (líquido o gas) contra un objeto. Entonces, con la fuerza de flotabilidad de un objeto líquido, los objetos de diferentes tipos, debido a que tienen una densidad diferente, tienen una fuerza de flotabilidad diferente. Esto es lo que hizo que Arquímedes pudiera responder a las preguntas del rey y demostrar que la corona del rey Hierón II estaba cegada por una mezcla de oro y plata.
Entendiendo la ley de Arquímedes
La ley de Arquímedes dice:
" Un objeto que está parcial o completamente sumergido en un líquido experimentará una fuerza hacia arriba igual al peso del líquido desplazado por el objeto " .
El significado de la palabra transferida en el sonido de la ley de Arquímedes es el volumen de líquido que se desborda, se presiona para que parezca que hay un aumento de volumen cuando un objeto se sumerge en un líquido.
La cantidad de líquido que se mueve / presiona tiene un volumen igual al volumen del objeto sumergido / sumergido en el líquido. De modo que según la Ley de Arquímedes, la fuerza de flotación (Fa) tiene el mismo valor que el peso del líquido (wf) que se desplaza.
Fórmulas de la ley de Arquímedes
La aplicación de la ley de Arquímedes es muy útil en varias vidas, como determinar cuándo un submarino flota, planea o se hunde. Bueno, aquí están los principios básicos de la fórmula de la ley de Arquímedes.
Lea también: 16 reinos islámicos en el mundo (COMPLETO) + ExplicaciónCuando un objeto está en un fluido, el volumen del líquido se transfiere igual al volumen del objeto en el líquido. Si el volumen del líquido transferido es V y la densidad del fluido (masa por unidad de volumen) es ρ, entonces la masa del fluido transferido es:
m = ρ.V
La cantidad de peso del fluido transferido es
w = mg = ρ.Vg
Según el principio de Arquímedes, la magnitud de la presión hacia arriba es igual al peso del objeto que se mueve:
Fa = w = ρ.Vg
Si un sistema está en equilibrio, se puede formular
Fa = w
ρf.Vbf.g = ρb.Vb.g
ρf.Vbf = ρb.Vb
Información:
m = masa (kg)
ρ = densidad (kg / m3)
V = volumen (m3)
Fa = flotabilidad (N)
g = aceleración debida a la gravedad (m / s2)
wf = peso del objeto (N)
ρf = densidad del fluido (kg / m3)
Vbf = volumen de objeto sumergido en líquido (m3)
ρb = densidad del objeto (kg / m3)
Vb = volumen del objeto (m3)
Flotante, flotante y hundido
Si un objeto se sumerge en un líquido o fluido, existen 3 posibilidades que ocurrirán, a saber , flotar, flotar y hundirse .
Objeto flotante
Un objeto en un líquido flota si la densidad del objeto es menor que la densidad del líquido (ρb <ρf). Cuando un objeto flota, solo una parte del volumen del objeto se sumerge en el líquido, mientras que la otra parte está sobre la superficie del agua en estado flotante. De modo que el volumen del objeto se divide entre el volumen del objeto que está sumergido y el volumen del objeto que está flotando.
Vb = Vb '+ Vbf
Fa = ρf.Vbf.g
Dado que solo una parte está sumergida en líquido, se aplica la ecuación para la fuerza ascendente con la gravedad:
ρf.Vbf = ρb.Vb
Información:
Vb '= volumen del objeto flotante (m3)
Vbf = volumen de objeto sumergido en fluido (m3)
Vb = volumen de todo el objeto (m3)
Fa = flotabilidad (N)
ρf = densidad del líquido (kg / m3)
g = gravedad (m / s2)
Objetos flotantes
Los objetos en líquido flotan cuando la densidad del objeto es la misma que la densidad del líquido (ρb = ρf). El objeto flotante estará entre la superficie del líquido y el fondo del recipiente.
Dado que la densidad de objetos y líquidos es la misma, entonces:
FA = ρf.Vb.g = ρb.Vb.g
Información:
Fa = flotabilidad (N)
ρf = densidad del líquido (kg / m3)
ρb = densidad del objeto (kg / m3)
Vb = volumen del objeto (m3)
g = gravedad (m / s2)
Objeto sumergido
Cuando la densidad del objeto es mayor que la densidad del líquido (ρb> ρf ) , el objeto se hundirá y estará en el fondo del recipiente. Ley aplicable:
Fa = wu - wf
En un objeto sumergido, todo el volumen del objeto se sumerge en agua, por lo que el volumen de agua desplazada es igual al volumen total del objeto. Con esto obtenemos la relación de la ecuación de la fuerza de elevación con el objeto que se hunde a través de la relación de masa.
Lea también: Cómo escribir reseñas y ejemplos de libros (libros de ficción y no ficción)ρf.Vb = mu - mf
Información:
Fa = flotabilidad (N)
wu = peso del objeto en el aire / peso real (N)
wf = peso del objeto en líquido (N)
g = gravedad (m / s2)
Vb = volumen total del objeto (m3)
ρf = densidad del agua (kg / m3)
mu = masa en el aire (kg)
mf = masa en líquido (kg)
Ejemplo del problema de la ley de Arquímedes
Problema de ejemplo 1
La densidad del agua de mar es 1025 kg / m3, calcule el volumen de la roca sumergida en agua de mar si el peso del agua de mar desplazada por la roca es de 2 Newton.
Conocido:
ρf = 1025 kg / m3
wf = 2 N
g = 9,8 m / s2
Se busca: piedra V. . . ?
Responder:
Peso del agua de mar: w = mg
Flotabilidad: Fa = ρf. gramo. Vbf
El peso del agua derramada es igual a la flotabilidad de la roca, por lo que se puede escribir
w = Fa
w = ρf.g.Vb
2 = 1025. (9,8) .Vb
2 = 10.045.Vb
Vb = 10.045 / 2
Vb = 1.991 x 10-4 m3 = 199.1 cm3
Entonces el volumen de roca sumergida es 199,1 cm3
Problema de ejemplo 2
Un objeto pesa 500 N en el aire. ¡Determine la densidad del objeto si el peso del objeto en el agua es 400 N y la densidad del agua es 1,000 kg / m3!
Conocido:
wu = 500 N
wf = 400 N
ρa = 1000 kg / m3
Buscado: ρb?
Responder:
Fa = wu - wf
Fa = 500 N - 400 N
Fa = 100 N
ρb / ρf = wu / Fa
ρb / 1000 = 500/100
100 ρb = 500.000
ρb = 500 000/100
ρb = 5,000 kg / m3
Entonces la densidad del objeto es 5,000 kg / m3
Problema de ejemplo 3
¡Determine la densidad del corcho si el 75% del volumen del corcho se sumerge en agua y la densidad del agua es de 1 gramo / cm3!
Conocido:
ρf = 1 gr / cm3
Vf = 0,75 Vg
Se busca: ρg. . . ?
Responder:
ρg.Vg = ρf.Vf
ρg.Vg = 1. (0,75 Vg)
ρg = 0,75 gr / cm3
Entonces la densidad del corcho es de 0,75 gr / cm3
Problema de ejemplo 4
Un bloque tiene una densidad de 2500 kg / m3 y cuando está en el aire pesa 25 Newtons. ¡Determine el peso del bloque en agua si la densidad del agua es 1000 kg / m3 y la aceleración debida a la gravedad es 10 m / s2!
Conocido:
ρb = 2500 kg / m3
wu = 25 N
ρf = 1000 kg / m3
Se busca: wf?
Responder:
ρb / ρf = wu / Fa
(2500) / (1000) = 25 / Fa
2,5 Fa = 25
Fa = 25 / 2,5
Fa = 10 N
Cuando un objeto se hunde, se aplica:
Fa = wa-wf
10 = 25 - wf
wf = 25-10
wf = 15 N
Entonces el peso del bloque en el agua es de 15 Newtons
Referencia : Eureka! El principio de Arquímedes