fluidos

EMPUJE Y FLOTACIÓN

1.EMPUJE:

Cuando pesamos un objeto sumergido en agua suspendiéndolo, se obtiene un resultado inferior al que ofrece el mismo objeto pesado en el aire; evidentemente el agua ejerce una fuerza hacia arriba que se opone al peso del cuerpo.


Cuanto más liviano sea el objeto cuyo peso se mide, (por ejemplo, corcho) más evidente es la fuerza que ejerce el agua.
Cuando elcorcho está sumergido completamente, experimenta una fuerza hacia arriba ejercida por el agua (originada en la presión del agua) que es mayor que la fuerza ejercida por el corcho hacia abajo (fuerza originada en el peso del corcho), de manera que el corcho acelera hacia arriba, hacia la superficie, donde flota, parcialmente sumergido.
La fuerza ejercida por un fluido sobre un cuerpo sumergidose llama FUERZA ASCENSIONAL y depende de la densidad del fluido y del volumen del cuerpo sumergido, pero no de su composición y forma. Esa fuerza ascensional es igual en magnitud al peso del fluido desplazado por el cuerpo.
Principio de Arquímedes: “Todo cuerpo parcial o totalmente sumergido experimenta un empuje ascensional igual al peso del fluido desplazado”.
Si consideramos el principioimpuesto por el Teorema General de la Hidrostática:
si multiplicamos por la superficie S, tenemos fuerzas:

La fuerza abajo vendría a ser el peso del cuerpo en el aire, la fuerza arriba vendría a ser el peso del cuerpo que acusa el resorte , y el peso del agua desplazada es el módulo de la fuerza ascensional (B)
Como la densidad específica de uncuerpo se obtiene cuando se compara la densidad del mismo con la densidad del agua tenemos:


De acuerdo al Principio de Arquímedes, el peso de un mismo volumen de agua es igual a la fuerza ascensional sobre el cuerpo cuando éste está parcial o totalmente sumergido; por consiguiente es igual a la pérdida de peso del cuerpo cuando se pesa sumergido en agua.
Densidad específica delcuerpo


También podríamos deducir el Principio de Arquímedes a partir de las leyes de Newton aunque éste las enunció 1900 años después.
Observando que, cuando un fluido está en equilibrio estático (una porción del fluido), la fuerza neta que actúa sobre ella debe ser nula.
El objeto sumergido se ha reemplazado por un volumen igual de fluido. La fuerza ascensional es y es la misma queactuaba sobre el cuerpo sumergido. Como este volumen de fluido está en equilibrio, la fuerza neta que actúa sobre él debe ser nula, por lo tanto:



Aquí, es el peso del volumen de la porción de fluido igual al volumen del cuerpo.
Se observa que este resultado no depende de la forma del objeto sumergido.
Así que, si consideramos una porción cualquiera de forma irregular del fluido, deberáexistir una fuerza ascensional actuando sobre ella debido al fluido que lo rodea y que resulta ser igual al peso de dicha porción irregular.

A partir del Principio de Arquímedes puede saberse si un cuerpo flotará en un fluido comparando la fuerza ascensional con el peso del volumen de fluido desalojado.
Si tenemos un volumen V de un fluido cuya densidad es 1, La masa de este volumen es:m = . V
Su peso es: p = m . g
El peso del volumen de fluido queda:
p1 = g . . V (1)
El peso del cuerpo también puede expresarse en función de la densidad y de su volumen:
pc = g . c .V (2)
Comparando (1) y (2) se observa que si c > entonces pc > p y el cuerpo sehundirá; al revés, flotará en la superficie en equilibrio con una fracción de su volumen sumergido de tal modo que se cumpla que el peso del fluido desplazado sea igual al peso del cuerpo.

FLOTABILIDAD:
La flotabilidad un cuerpo en un fluido ya sea que flote o este sumergido, experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del fluido que desplaza.
La fuerza de flotación actúa en dirección...