El principio de Arquímedes y la flotación
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Autor: Alfredo Russo Responsable
disciplinar: Silvia Blaustein Área
disciplinar: Física Temática:
Propiedades de los fluidos Nivel:
Secundario, ciclo orientado Secuencia didáctica
elaborada por Educ.ar |
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Propósitos generales
Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.
Introducción a las actividades
El principio descubierto por Arquímedes dice que todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso de la masa del líquido que desplaza en la inmersión. Este empuje es una fuerza y se mide en N.
E = d . g . V
Si se denomina E a la fuerza de empuje vertical, esta se calcula por el producto de la densidad del líquido por la aceleración de la gravedad y por el volumen del líquido desplazado. Si se considera el valor estándar de g a la altura del nivel del mar, este será 9,81 m/s2, con lo cual, la expresión quedaría de la forma:
E = 9,81 . d . V
De acuerdo con este principio, que actualmente puede demostrarse teóricamente como un teorema de la Mecánica, todos los cuerpos que tengan una densidad media relativa menor que la del líquido flotarán en él.
La densidad del agua pura es de 1.000 kg/m3. La del cuerpo humano, por ejemplo, es de 950 kg/m3, es decir que las personas pueden flotar, incluso en agua pura, en todos los casos. En agua de mar o en aguas saladas en general, la densidad del líquido es aún mayor, lo que facilita la flotación.
El punto de aplicación de la fuerza de empuje hidrostático es el centro de gravedad de la masa de líquido desplazada.
La flotación, en el caso de cuerpos con densidades cercanas a la del líquido, implica una inmersión parcial hasta que el empuje hidrostático se equilibra con el peso propio de la parte que sobresale del nivel de líquido.
Actividad 1. El experimento de Arquímedes
1. La historia cuenta que Arquímedes fue contratado por el gobernante de Siracusa para determinar si una corona que había hecho fabricar era totalmente de oro o contenía plata aleada con el oro. Supongan que la corona pesaba 5 kg.Utilicen el programa Calc de sus equipos portátiles para hacer los cálculos correspondientes.
a) Busquen en tablas las densidades del oro y de la plata en estado puro.
b) ¿Cómo hizo Arquímedes para determinar el volumen de la corona?
c) Una vez que lo determinó, ¿cómo hizo para saber si contenía plata aleada con el oro?
Actividad 2. La flotación de los barcos
1. Suponiendo que al agua de mar tiene una densidad promedio de 1.027 kg/m3, expliquen:
b) Si el barco sin carga flota dejando fuera del agua 5 m de altura en la proa, ¿cuánto dejará fuera del agua con carga completa?
c) Suponiendo que el barco está inmóvil en un puerto, construyan una tabla para el barco que permita marcar los costados de la proa con líneas horizontales para que, a simple vista, se pueda estimar desde afuera la carga neta que transporta.
2. Elaboren un informe explicando cómo se hicieron los cálculos usando el programa Calc de sus equipos portátiles.