Porque los Barcos Flotan?

COMPROBACION DE ¿POR QUÉ LOS BARCOS FLOTAN?, APLICANDO EL PRINCIPIO DE ARQUÍMIDES

1. Introducción

Usted se ha puesto a pensar, ¿Por qué un pedazo de fierro se hunde en el agua? o, ¿Por qué un barco flota?, pues yo creo que sí; es por eso que nosotros, en este proyecto, queremos demostrar el ¿Por qué los barcos flotan?, aplicando el Principio de Arquímedes.  

El principio de Arquímedes es uno de los descubrimientos más notables que nos legaron los griegos y cuya importancia y utilidad son extraordinarias. La historia cuenta que el rey Herón ordenó la elaboración de una corona de oro puro, y para comprobar que no había sido engañado, pidió a Arquímedes que le dijera si la corona tenía algún otro metal además del oro, pero sin destruir la corona. “Arquímedes fue el primero que estudio el empuje vertical hacia arriba ejercido por los fluidos”. (Terán, 2014)

Es por ello que nuestro objetivo central será demostrar y fundamentar el ¿Por qué los barcos flotan?

Cuando sumergimos un barco en el agua, su peso desaloja una parte del volumen que antes ocupaba el agua, empujándolo hacia fuera. El agua, por tanto, irá empujando al barco en todas las direcciones y perpendicular al casco hacia dentro. Existe como una fuerza que empujará al barco desde abajo hacia arriba haciéndolo flotar; todo lo mencionado tiene relación con la fuerza de empuje hacia arriba que va a experimentar los cuerpos que se encuentran sumergidos en un líquido o agua, de esta manera calcularemos la fuerza de flotabilidad o empuje ejercida sobre un cuerpo que se encuentra parcialmente sumergido en un fluido.

Este principio es fundamental, y no deja de ser curioso que el propio Arquímedes lo descubriera experimentando con su propio cuerpo en una bañera. (CRUCEROS, 2017)

El principio de Arquímedes afirma :“Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido recibe un empuje hacia arriba (ascendente) igual al peso del fluido que desaloja” (Terán, 2014),Por lo que si llenamos un recipiente con agua, y colocamos un cuerpo en el fondo, éste flotará, esto es debido a que se sujeta por su propio peso y la fuerza que ejerce la columna de fluido situada por encima del cuerpo. Pese a que la densidad del cuerpo fuera menor que la del fluido, se demuestra por medio de experimentación, que éste flotará y llegará a la superficie, ya mencionado lo anterior determinaremos una relación funcional entre el empuje y la cantidad del cuerpo.

1. Desarrollo

Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimentara una fuerza de empuje hacia arriba que es igual al peso del volumen del líquido que desaloja.

1ero diferenciaremos el peso con la masa, el peso es una fuerza W=masa *aceleración de la gravedad

EJEMPLO: Supongamos que a una tina le hacemos un agujero, exactamente al nivel de la superficie del agua y al otro lado del agujero colocamos un vaso, luego sumergimos un cubo de hierro en esta tina, el agua que desplazará dicho bloque se desbordará por el agujero y será colectado en el vaso, por lo tanto, el volumen del líquido desplazado será igual al volumen del cubo de hierro sumergido. [pic 1]

Si colocamos el volumen de agua desplazada (vaso con agua) en una báscula tendremos que tendrá un determinado peso, este peso es una fuerza la cual será una fuerza de empuje que experimenta nuestro cubo de hierro sumergido, pero en sentido ascendente, nuestro cubo de hierro permanece en el fondo de la tina debido a que es más pesado al volumen de agua que desplazo, de esto podemos afirmar que aunque teniendo el mismo volumen poseen distinta masa, ya que al ser más denso el hierro posee una mayor cantidad de masa por unidad de volumen que el agua y esto de comparar de forma matemática al comparar (Densidad= Masa/Volumen) 1 de Hierro que posee una densidad de 7874 kg/ este tendrá una masa de 7874 kg, mientras que 1 de Agua que posee una densidad de 1000kg/1 tendrá una más de 1000kg, luego solo faltaría multiplicar por la gravedad de la tierra a cada uno y lo que resultaría que el hierro nos daría 77243.94N y el del agua 9810N por lo que afirmamos que el cubo de hierro es más pesado que el cubo del agua y que por lo tanto la fuerza de empuje que es igual al peso del agua desplazada es insuficiente para hacer flotar al cubo de Hierro(por ser más denso se hunde).[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]

Explicaremos el ¿Por qué un barco de hierro flota?, en este caso podemos tomar nuestro cubo de hierro de un 1 y una masa de 7874kg/ y fabricar con él un barco, este barco tendrá  la misma la masa que nuestro cubo de hierro original [pic 6][pic 7]

[pic 8]

Sin embargo, ahora que nuestro cubo de hierro ha sido transformado en un barco, posee una nueva forma geométrica por lo tanto posee un nuevo volumen, el cual le permitirá a nuestro barco desplazar un mayor volumen de agua, así ahora el volumen de agua desplazado veremos que tiene un mayor peso que el peso del agua desplazado por el cubo original, lo cual nos dice que la fuerza de empuje será mucho mayor, ya que recordemos que la densidad es directamente proporcional a la masa e inversamente proporcional al volumen y que por lo tanto nuestro barco podrá flotar.

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