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El principio de Arquímedes  o  🚢 ¿Por qué flotan los barcos?

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El principio de Arquímedes es también conocido como la ley física de la flotabilidad, fue descubierto por el antiguo matemático e inventor griego Arquímedes, quien afirmó que cualquier cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido ya fuese gas o líquido pero que estuviera en reposo es actuado por una fuerza ascendente o flotante de la magnitud de los cuales es igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo. De esta forma el volumen de fluido desplazado es equivalente al volumen de un objeto sumergido en un fluido.

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Principio de Arquimedes - Archimedes Principle

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La paradoja de que Arquímedes habla de que el quería hallar el volumen de una corona, pero no sabía cómo, a si que estuvo días pensando, un día, se sumergió en la tina, y observó que cuando él se metía, el agua se desbordaba, y así descubrió que el volumen del objeto es igual al volumen de agua que se desplaza.

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Primero se necesita obtener el empuje del agua, el cual se obtiene con la siguiente fórmula: E =ρ fg V, donde

E= Empuje

ρ= Densidad

fg= Fuerza de gravedad

V= Volumen

Posteriormente la flotabilidad se obtiene determinando el peso del objeto (peso= masa*gravedad), si este peso es mayor al del empuje del agua, el objeto se hundirá, y por lo contrario, si el peso es menor, el objeto flotará

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El principio de Arquímedes establece que un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotación igual al peso del fluido desplazado. La fórmula de la fuerza de flotación es:

Fb=ρ⋅V⋅gF_b = Fb​=ρ⋅V⋅g

Donde:

Fb​ es la fuerza de flotación (en Newtons, N).

ρ es la densidad del fluido (en kilogramos por metro cúbico, kg/m³).

Vd es el volumen del fluido desplazado (en metros cúbicos, m³).

g es la aceleración debida a la gravedad (aproximadamente 9.81 metros por segundo al cuadrado, m/s²).

Unidades explicadas:

Fuerza de flotación (Fb): Newtons (N). 1 N = 1 kg·m/s².

Densidad (ρ): Kilogramos por metro cúbico (kg/m³). La densidad del agua es aproximadamente 1000 kg/m³.

Volumen (V): Metros cúbicos (m³).

Aceleración debida a la gravedad (g): Metros por segundo al cuadrado (m/s²). Valor estándar es 9.81 m/s².

Para calcular la fuerza de flotación, se multiplican la densidad del fluido, el volumen del fluido desplazado y la aceleración debida a la gravedad, obteniendo un valor en Newtons.

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El principio de Arquímedes aparece en muchas aplicaciones prácticas, entre las que podemos nombrar:

El globo aerostático. Por tener una densidad promedio menor que la del aire circundante, flota en él debido a la fuerza de empuje.

Los barcos. El casco de los barcos es más pesado que el agua. Pero si se considera el conjunto del casco más el aire en su interior, el cociente entre la masa total y el volumen es menor que la del agua y esa es la razón por la que los barcos flotan.

Los chalecos salvavidas. Al ser fabricados de materiales livianos y porosos, son capaces de flotar porque la relación masa-volumen es menor que la del agua.

El flotante para cerrar el grifo de llenado de un tanque de agua. Se trata de una esfera llena de aire de gran volumen que flota sobre el agua, la cual causa que la fuerza de empuje –multiplicada por el efecto palanca– cierre el tapón del grifo de llenado de un tanque de agua cuando esta ha alcanzado el nivel total.