CUERPOS FLOTANTES Y FUERZA ASCENSIONAL

La flotabilidad es la característica por la cual un fluido tiende a ejercer una fuerza de apoyo sobre un cuerpo colocado en el mismo. La estabilidad entonces se refiere a la capacidad de un cuerpo de regresar a su posición original después de haber sido inclinado con respecto a un eje horizontal.

Dentro de los objetivos de este subtitulo el estudiante será capaz de:
  • Escribir la ecuación para la fuerza boyante.
  • Analizar el caso de cuerpos que flotan en un fluido.
  • Definir las condiciones que deben cumplirse para que un cuerpo este estable cuando se encuentre sumergido o flotando.
  • Definir Metacentro y poder calcular su localización.
Un cuerpo que flota en un líquido estático tiene una estabilidad vertical, un pequeño desplazamiento hacia arriba disminuye el volumen del líquido desplazado, lo cual da como resultado una fuerza no balanceada hacia abajo que tiende a retornar el cuerpo a su posición original. Similarmente, un pequeño desplazamiento hacia abajo genera una fuerza de boyamiento1 mayor, la cual causa un desbalance hacia arriba.
Un cuerpo tiene una estabilidad lineal cuando un pequeño desplazamiento lineal, en cualquier dirección, genera fuerzas de restablecimiento que tienden a retornarlo a su occisión original. Tiene estabilidad rotacional cuando se genera un par restaurador por cualquier pequeño desplazamiento angular.
Un cuerpo puede flotar en equilibrio estable, inestable o neutro. Cuando un cuerpo se encuentra en equilibrio inestable, cualquier pequeño desplazamiento angular genera un par que tiende a incrementar dicho desplazamiento. Si el cuerpo se encuentra en estado neutral, cualquier pequeño desplazamiento angular no genera ningún par. Se ilustran los tres casos de equilibrio en la figura.

(1)La fuerza resultante ejercida a un cuerpo por un fluido estático que se encuentra sumergido o flotando se llama fuerza de boyamiento.
Un objeto completamente sumergido es rotacionalmente estable solamente cuando su centro de gravedad se encuentre por debajo del centro de boyamiento. Cuando esta rota en sentido contrario a las agujas del reloj (figura), la fuerza de boyamiento y el peso producen un par en la dirección de las manecillas del reloj.

Normalmente, cuando un cuerpo es demasiado pesado para flotar, se hunde y baja hasta el fondo, a pesar de que el peso específico del líquido aumenta ligeramente con la profundidad, las altas presiones tienden a comprimir el cuerpo o hacen que el líquido penetre en los poros de sustancias sólidas, disminuyendo por esto la fuerza de boyamiento, por ejemplo un barco es seguro que se hunda hasta el fondo una vez que se encuentre completamente sumergido, debido a la compresión del aire atrapado en sus diferentes partes.
Cualquier objeto flotante con su centro de gravedad por debajo de su centro de gravedad por debajo de su centro de boyamiento (centroide del volumen desplazado) flota en equilibrio estable. Sin embargo, ciertos objetos flotantes se encuentran en equilibrio cuando su centro de gravedad está por encima del centro de boyamiento.

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