PRINCIPIO DE ARQUIMIDES

¿Por qué un trozo de plomo de (por ejemplo) algunos gramos se hunde en el agua y sin embargo un barco de varias toneladas flota en ella?

El principio de Arquímedes explica la naturaleza de la flotabilidad:

"Un cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta una fuerza ascendente igual al peso del líquido desplazado".

El volumen de agua desplazada es idéntico al volumen de la parte sumergida del cuerpo. Un cubo de 1 metro de arista, totalmente sumergido, desplazará exactamente 1 m³ de agua. Si el peso de este m³ de agua fuese 1,000 Kg, entonces el cubo experimentaría una fuerza ascendente de 1,000 Kg.

Si el peso del cubo fuese 900 Kg, la fuerza ascendente sería mayor, por lo que el cubo subiría hasta que el peso del agua desplazada sea 900 Kg. El cubo estaría parcialmente sumergido (estaría flotando) y el volumen sumergido desplazaría exactamente 900 Kg de agua. El cubo tiene flotabilidad positiva.

Asimismo, si el peso del cubo fuese 1,000 Kg, la fuerza ascendente sería igual al peso del cubo, por lo que tendría una flotabilidad neutra.

Si el cubo pesara 1,100 Kg, la fuerza ascendente sería menor que su peso, por lo que se hundiría. En todo caso, dentro del agua el cuerpo está sometido a la fuerza ascendente de 1,000 Kg, por lo que tendría un peso aparente de solo 100 Kg. El cuerpo tiene flotabilidad negativa. Ya hemos visto que la fuerza ascendente que actúa sobre un cuerpo parcial o totalmente sumergido es igual al peso del líquido desplazado. Este peso depende de la densidad del líquido y del volumen del cuerpo sumergido.

PROCEDIMIENTO PARA RESOLVER PROBLEMAS DE FLOTABILIDAD

• Dibujar un diagrama de cuerpo libre del objeto que se encuentre en el fluido, mostrando todas las fuerzas que actúan sobre el cuerpo en la dirección vertical, incluyendo su peso, la fuerza boyante y las fuerzas externas.
• Escribir la ecuación del equilibrio estático en la dirección vertical, Σ F_v= 0, tomando como positivas todas las fuerzas en dirección hacia arriba.
  
• Resolver las ecuaciones para la fuerza, peso, volumen o peso especifico, con las siguientes consideraciones:
  

  

  
  
• La flotabilidad neutral se presenta cuando un cuerpo permanece en una posición dada en dondequiera que este sumergido en el fluido. Un objeto cuyo peso especifico promedio sea igual al del fluido será neutralmente flotante.