Principio de Arquímedes
El principio de Arquímedes dice que “todo cuerpo sumergido o parcialmente sumergido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja”. Es decir, cuando depositamos un cuerpo sólido en un fluido, éste es empujado por una fuerza igual al peso del volumen del líquido que este sólido desplaza o desaloja. Esta fuerza recibe el nombre de empuje hidrostático y se mide en newtons.
Fuerza empuje ascendente = masa del agua desalojada
Vamos a poner un ejemplo para explicar mejor este principio. Ponemos un recipiente con agua y dentro de él insertamos un objeto. La diferencia entre el nivel del agua inicial y el final, es el agua desalojada. Y el peso de esa agua es igual a la fuerza de empuje sobre el objeto, es decir, en el momento que agregamos el objeto al vaso, éste experimenta una fuerza vertical hacia arriba por parte del agua, esta fuerza es igual al peso del agua que se ha desalojado.
Más formalmente podemos enunciar que:
E = Dfd · Vfd · g
Donde E es el empuje, Dfd es la densidad del fluido desalojado, Vfd es el volumen del fluido desalojado y g es la gravedad (9’8 m/s2).
Como se puede ver el Principio de Arquímedes ha dado lugar a un método para determinar el volumen y la densidad de distintos tipos de sólidos, pero también ha supuesto la enunciación del principio de flotabilidad, gracias al cual podemos determinar por qué un objeto flota o no, lo que ha resultado esencial para la construcción de barcos y submarinos.
Existen distintas maneras para determinar el volumen de los cuerpos mediante este método. Uno es el que hemos enunciado en el ejemplo anterior. Introducimos un objeto en una probeta con un fluido, y la diferencia de la altura inicial a la altura final del fluido, por ejemplo, supongamos que la diferencia es 3cm3, es el volumen del objeto, ya que, el volumen de fluido desalojado es igual al volumen del objeto que desaloja dicho fluido.
Otra manera de determinar el volumen sería llenado completamente la probeta u otro recipiente de un fluido y poniéndolo sobre una cubeta. Después, se introduce el objeto, y el agua desalojada, es decir, la que cae en la cubeta, se mide con una probeta. El resultado determina el volumen del objeto.
Una tercera forma de calcularlo sería la matemática, aunque hay que tener en cuenta que esta solamente nos pude ser útil para medir el volumen en cuerpos regulares. Por ejemplo, cogemos un cubo de 3cm de largo, por 3cm de alto, por 3cm de ancho. Multiplicamos el lago por el ancho y por el alto y obtenemos el volumen en cm3: 3x3x3= 27 cm3
Sobre cualquier objeto, una vez determinado su volumen, podemos calcular su densidad multiplicando su volumen por su masa ya que:
D= m·v
Como hemos visto, sobre cualquier cuerpo sumergido actúan dos fuerzas su peso, que es vertical hacia abajo, y su empuje que es vertical hacia arriba.
Si queremos saber si un cuerpo flota necesitamos saber su peso específico, que es igual a su peso dividido por su volumen. Entonces se pueden producir tres casos:
1. Si el peso es mayor que el empuje ( P > E ), el cuerpo se hunde. Es decir, el peso específico del cuerpo es mayor al del líquido.
2. Si el peso es igual que el empuje ( P = E ), el cuerpo no se hunde ni emerge. El peso específico del cuerpo es igual al del líquido. El objeto quedaría entre dos aguas.
3. Si el peso es menor que el empuje ( P < E ), el cuerpo flota. El peso específico del cuerpo es menor al del líquido.
( haz "click" en la imagen para una explicación más visual y clarificadora)
Un mismo objeto puede comportase de manera distinta al contactar con diversos fluidos, ya que todos no tienen la misma densidad, por lo que podemos decir que ésta también influye directamente en la flotabilidad del objeto y es un valor indispensable a tener en cuenta en la elaboración, principalmente, de barcos y submarinos.
El principio de Arquímedes junto al de flotabilidad han sido la base para la creación de barcos y submarinos.
Los barcos nos se hunden porque su peso específico es menor al peso específico del agua por lo que se produce un empuje mayor que mantiene el barco a flote. En el caso de los submarinos, éstos se sumergen o flotan según aumente o disminuya su peso. Éstos disponen de un sistema de bombas mecánicas mediante las cuales inyectan agua dentro de unos tanques que se hallan en el interior del casco del submarino o entre sus paredes, para que su densidad sea mayor que la del líquido y pueda sumergirse. Con el mismo sistema esa misma agua es expulsada y el submarino sale a flote.
