Principio de Arquímedes

- El segundo principio importante de la estática de fluidos fue descubierto por el matemático y filósofo griego Arquímedes.

- El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo, (ver Figura 3.4)

- Esto explica por qué flota un barco muy cargado; el peso del agua desplazada por el barco equivale a la fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote.

- El punto sobre el que puede considerarse que actúan todas las fuerzas que producen el efecto de flotación se llama centro de flotación, y corresponde al centro de gravedad del fluido desplazado.  El centro de flotación de un cuerpo que flota está situado exactamente encima de su centro de gravedad.  Cuanto mayor sea la distancia entre ambos, mayor es la estabilidad del cuerpo.

- El principio de Arquímedes permite determinar la densidad de un objeto cuya forma es tan irregular que su volumen no puede medirse directamente.  Si el objeto se pesa primero en el aire y luego en el agua, la diferencia de peso será igual al peso del volumen de agua desplazado, y este volumen es igual al volumen del objeto, si éste está totalmente sumergido. Así puede determinarse fácilmente la densidad del objeto (masa dividida por volumen). Si se requiere una precisión muy elevada, también hay que tener en cuenta el peso del aire desplazado para obtener el volumen y la densidad correctos.

Física - Principio de Arquímedes

Figura 3.4: Principio de Arquímedes

Al sumergirse parcial o totalmente en un fluido, un objeto es sometido a una fuerza hacia arriba, o empuje.  El empuje es igual al peso del fluido desplazado.  Esta ley se denomina principio de Arquímedes, por el científico griego que la descubrió en el siglo III antes de nuestra era. Aquí se ilustra el principio en el caso de un bloque de aluminio y uno de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua desplazada. (2) Si un bloque de madera está completamente sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la madera es menos densa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente — desplazando así menos agua— hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque.

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- El sonido, onda mecánica transmitida por vía aérea, hace vibrar la membrana timpánica. Este movimiento oscilatorio se transmite a la ventana oval por la cadena ósea situada en el oído medio.

- La palanca formada por los huesillos aumenta la fuerza del movimiento transmitido al tímpano en un 30%.

La audiometría consiste en la determinación de los umbrales de sensibilidad auditiva de un individuo para las distintas frecuencias (espectro audible). Para ello se considera un sonido como cero decibel cuando tiene la intensidad del mínimo audible para la mayoría de la población a 1000 c/s (10-12 Watt/m2).

Las intensidades que puede captar el oído humano varían entre I0-12 W/m2 y 1 W/m2 (un factor enorme de 1012). El oído humano percibe la intensidad de un sonido como una sensación subjetiva de sonoridad. Sin embargo, si la intensidad se duplica, la sonoridad no se incrementa por un factor de 2. Experimentos realizados por vez primera por A. G. Bell mostraron que para duplicar la sonoridad, la intensidad del sonido debe aumentarse aproximadamente en un factor de 10.

La intensidad del sonido audible va desde aquel que produce sobre la membrana del tímpano una presión de 2.10-5 Newton/m2 (sonido mínimo audible; I = 10-12 Watt/m2) hasta el que produce presiones de 28 Newton/m2 (sonido máximo tolerable; I = 102 Watt/m2) (ver cuadro sgte).

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