APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES EN LA INGENIERIA CIVIL

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APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES EN LA INGENIERIA CIVIL

INTRODUCCIÓN

Arquímedes fue un importante físico, ingeniero, inventor y matemático de la antigüedad clásica, se le considera como uno de los más grandes matemáticos de su época por sus aportes dentro del campo de la física y las matemáticas. Dentro de sus aportes tenemos uno que es de nuestro interés ya que nos ayudara a poder explicar el porque un cuerpo puede flotar. Este importante aporte que realizo Arquímedes fue su famoso principio el cual lleva su nombre. Teóricamente este principio nos habla que, al sumergir un cuerpo dentro de un líquido, este experimenta una fuerza igual al peso del volumen del líquido, este experimenta una fuerza igual al peso del volumen del liquido desalojado. Esta fuerza tendrá una dirección opuesta al peso del liquido y se le conoce como fuerza de empuje, esta misma fuerza dependerá únicamente de la densidad del liquido y el volumen del cuerpo sumergido. Es así que un cuerpo puede flotar debido a que la fuerza de empuje y el peso son de la misma magnitud, pero de diferente dirección.

Este principio lo aplicamos cuando nadamos, cuando tiramos un objeto al agua; el objeto se hunde si su peso es mayor que el peso del fluido desalojado (desplazado). El objeto flota cuando su peso es menor o igual al peso del fluido desplazado. En esto mismo se basan varios ingenieros para la construcción de grandes y pequeñas obras de ingeniería, las aplicaciones del principio de Arquímedes son muchas, pero talvez las que tienen que ver con ingeniería sean las mas relevantes.

DESARROLLO

Un pedazo de madera flota en el agua, sin embargo, un pedazo de fierro se hunde. ¿Por qué ocurre esto? Los peces se desplazan en el agua sin flotar ni hundirse, controlando perfectamente su posición. ¿Cómo lo hacen?

Todo lo anterior tiene relación con la fuerza de empuje hacia arriba (ascendente), que recibe todo cuerpo que se encuentra sumergido en agua o en cualquier otro fluido.

Cuando levantas un objeto sumergido en el agua, te habrás dado cuenta que es mucho más fácil levantarlo que cuando no se encuentra dentro del agua. Esto se debe a que el agua y los demás fluidos ejercen una fuerza hacia arriba sobre todo cuerpo sumergido dentro del fluido, denominada fuerza de flotación o fuerza de empuje (E), esta fuerza es la que hace que un objeto parezca más ligero. A este fenómeno se le llama flotación.

El fenómeno de flotación, consiste en la perdida aparente de peso de los objetos sumergidos en un líquido. Esto se debe a que cuando un objeto se encuentra sumergido dentro de un líquido, los líquidos ejercen presión sobre todas las paredes del recipiente que los contiene, así como sobre todo cuerpo sumergido dentro del líquido. Las fuerzas laterales debidas a la presión hidrostática, que actúan sobre el cuerpo se equilibran entre sí, es decir, tienen el mismo valor para la misma profundidad. Esto no sucede para las fuerzas que actúan sobre la parte superior e inferior del cuerpo. Estas dos fuerzas son opuestas, una debido a su peso que lo empuja hacia abajo y la otra, que, por la fuerza de empuje, lo empuja hacia arriba. Como la presión aumenta con la profundidad,

las fuerzas ejercidas en la parte inferior del objeto son mayores que las ejercidas en la parte superior, la resultante de estas dos fuerzas deberá estar dirigida hacia arriba. Esta resultante es la que conocemos como fuerza de flotación o de empuje que actúa sobre el cuerpo, tendiendo a impedir que el objeto se hunda en el líquido.

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 Hierón 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.

Es importante hacer notar que la fuerza de empuje no depende del peso del objeto sumergido, sino solamente del peso del fluido desalojado, es decir, si tenemos diferentes materiales (acero, aluminio, bronce), todos de igual volumen, todos experimentan la misma fuerza de empuje.

APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE ARQUIMEDES EN LA INGENIERIA

PUENTES FLOTANTES: EL PUENTE DE SEATTLE

[pic 2]El puente de Seattle es una estructura que flota sobre el lago Washington, pero este puente no fue construido por capricho de los ingenieros, la decisión de hacerlo flotante fue que este lago tiene más de 60 metros de profundidad lo cual provoco que se busquen otras alternativas y la mas brillante e ingeniosa fue la de aplicar el principio de Arquímedes para que esta estructura pueda flotar, pero la pregunta es como consiguieron que 250000 toneladas de hormigón floten.

Para lograr que el puente flote se diseñaron pontones, estas son plataformas sobre las cuales se anclan las vías donde transitaran los vehículos. Las dimensiones de los pontones son de 110 metros de longitud, 23 metros de ancho y una altura de 8.5 metros.

Es tan pesado como 23 aviones Boeing 747 pero a pesar de esto fueron diseñados para flotar. El peso del agua desplazada por los pontones coincide con el peso de la estructura y el peso de los vehículos que transitaran sobre ella, fue diseñada para un tráfico de 115 vehículos al día aproximadamente, al coincidir el empuje del agua y el peso de la estructura esto permitirá que el puente flote. Cada plataforma sobre la cual se encuentra el puente tiene 1.8 metros de altura en la

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