Flotabilidad

Introducción

En el siguiente informe se dará a conocer los conceptos de flotabilidad y sumergibilidad que se utilizan en el estudio de la mecánica de fluidos, estos son parte importante en este ámbito ya que permite entender muchos de los fenómenos, naturales o no naturales, que nos rodean.
Básicamente la flotabilidad es la capacidad de mantener un cuerpo gracias a una fuerza que el fluidoejerce de forma opuesta en dirección perpendicular a la superficie del cuerpo.
Se profundizara aún más en estos conceptos, dando ejemplos prácticos de su funcionamiento y explicando los fundamentos que hay detrás de ellos, además de explicar y exponer aplicaciones que se presentan en la vida real, ya que la flotabilidad esta presente en la muchas de las situaciones que involucran a los fluidos y susestudios.













Flotabilidad

Como se había definido anteriormente la flotabilidad es la capacidad que ostenta un cuerpo para mantenerse dentro de un determinado fluido, ésta dependerá de las diferentes fuerzas que actúen en el cuerpo y el sentido en el que se presenten éstas.
Es aquí donde entra el principio de Arquímedes, el cual explica la naturaleza de la flotabilidad, el cual sostieneque “un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibirá un empuje vertical en forma ascendente que será igual al peso del volumen del fluido que desaloja”. Esto quiere decir que la fuerza de empuje hacia arriba que experimenta un cuerpo que esta total o parcialmente sumergido en un fluido es igual al peso del volumen del fluido que fue desplazado por el cuerpo.
El principiode Arquímedes se puede expresar de una forma matemática gracias a la siguiente expresión:

E=ρfgVf=mfg

Donde:
E = empuje que experimenta el objeto que está sumergido total o parcialmente.
ρf = densidad del fluido que es desplazado por el objeto.
Vf = volumen de fluido desplazado o volumen del objeto sumergido.
mf = masa del fluido desplazado o desalojado.
g = aceleración de la gravedad.De la expresión anterior, cabe destacar lo que es realmente el empuje, ya que no solo debemos saber calcularla, también debemos saber lo que conceptualmente significa, para poder comprender por completo el principio de Arquímedes y llegar a una conclusión coherente y asertiva. El empuje en sí es una fuerza, la cual debe ser consistente con las unidadesde fuerza y se puede definir como la fuerza que experimenta el cuerpo al estar sumergido en el fluido.
La densidad también juega un papel muy importante en la flotabilidad, y por consiguiente, en el principio de Arquímedes tal como se ve en la formula, es por esto que tener claro que es y cómo se relaciona con la flotabilidad es muy importante. Como sabemos la densidad es una medida de cuantamateria se encuentra comprimida en un espacio determinado, es decir, es la cantidad de masa por unidad de volumen. Ahora si hablamos de la densidad del material que se está sumergiendo en el fluido, sabemos que si el cuerpo es pesado y por consiguiente tiene mayor densidad que el fluido en el que está, éste se hundirá. Por el contrario, si el cuerpo es liviano y tiene menor densidad que el fluido enel que está inmerso, éste flotará.
De aquí se desprende que un cuerpo tendrá:
Flotabilidad positiva, cuando el cuerpo tiende a ascender dentro del fluido.
E > P
Flotabilidad neutra, cuando el cuerpo se mantenga en suspensión dentro del fluido.
E = P
Flotabilidad negativa, cuando el cuerpo tienda a descender dentro del fluido.
E < P







También es importantedestacar que en el caso que el cuerpo que se está estudiando es de naturaleza compresible, entonces la flotabilidad se verá afectada al variar el volumen de acuerdo a lo que se establece en la ley de Boyle-Mariotte. Esta ley fue formulada de forma independiente por el físico y químico de origen irlandés Robert Boyle y por el físico y botánico de origen francés Edme Mariotte. Esta ley establece...