Arquímedes’ principio establece que la fuerza boyante hacia arriba que se ejerce sobre un cuerpo sumergido en un fluido ya sea total o parcialmente sumergida, es igual al peso del fluido que el cuerpo desplaza
Arquímedes de Siracusa
Arquímedes pasó a la historia por correr desnudo por las calles de Siracusa gritando “Eureka” cuando se dio cuenta de que el agua desplazada en su bañera era igual al peso de su cuerpo; así nació el principio de Arquímedes (en algún momento entre 287-212 AC).
Aplicaciones
El Principio de Arquímedes se usa en muchas aplicaciones, desde medir volúmenes de objetos irregulares (como coronas en la historia anterior), hasta explicar el comportamiento de cualquier objeto colocado en fluidos. Nos permite saber cómo flotan los barcos, cómo se sumergen los submarinos y cómo vuelan los globos aerostáticos. Las aplicaciones de la vida real están en curso con muchos más ejemplos interesantes proporcionados por Tatiana Salinas.
Muchos proyectos de investigación científica se benefician del uso del principio de Arquímedes, como la medicina, la ingeniería, la entomología y la geología.
También puede ser uno de los conceptos más difíciles de entender de la teoría del buceo. No se preocupe, no está solo, y nuestro objetivo aquí es ayudarlo a sentirse cómodo con esas preguntas engañosas de Arquímedes. Se vuelve más fácil con la práctica.
Entendiendo el Principio de Arquímedes
Comencemos hablando de la flotabilidad.
Tú ya sabes lo que necesitamos un chequeo de flotabilidad cuando
cambiamos nuestro equipo de buceo,
cuando cambiamos nuestras condiciones de buceo,
cuando no has buceado en un tiempo.
Y todas estas se relacionan a cambios en flotabilidad y al Principio de Arquímedes si piensas en ello.
(Como recordarás, para hacer una prueba de flotabilidad, ajustas tu peso, de modo que flotes a la altura de los ojos con un BCD desinflado y aguantando una respiración normal. Luego agrega dos kg/cinco libras si haces esto con un tanque de buceo lleno para que tenga en cuenta el peso del aire que utilizas durante la inmersión.)
Entonces, cuando se habla de flotabilidad, tal vez el mejor lugar para comenzar sea el agua.
¿Cuál es la diferencia entre el agua salada y el agua dulce?
El agua salada pesa más y es más densa que el agua dulce debido a las sales disueltas.
Un litro de agua dulce pesa un kilogramo (o en unidades imperiales 62,4 libras por pie cúbico).
Por otro lado, debido a las sales disueltas, el agua de mar pesa aproximadamente 1,03 kg por litro (64 libras por pie cúbico).
Si bien esta diferencia puede no parecer mucha, es suficiente que necesitas usar más peso cuando buceas en el océano que cuando buceas en un lago (o cenote como aquí en México) usando el mismo equipo.
Nota interesante: La definición real (antigua) de 1 kilogramo es 1 litro de agua dulce pura.
Recuerda esto, ¡es de mucha ayuda!
Necesitamos saber -
CONSTANTE 1 Litro de Agua Salada = 1.03 kg
1 litro de Agua Fresca = 1.00 kg
Excelentes noticias. Esto está impreso en la portada de tus exámenes finales.
Probablemente también haya escuchado los términos positivo, negativo y neutral para describir la flotabilidad.
Un objeto que flota se llama flotabilidad positiva.
Un objeto que ni flota ni se hunde se llama flotabilidad neutra.
Un objeto que se hunde se dice que tiene flotabilidad negativa.
Es esta flotabilidad neutral la que buscas bajo el agua porque te permite deslizarte por el agua con mayor eficiencia, ser más conservador con tu consumo de aire y proteger el medio ambiente.
Ahora está listo para realizar algunas pruebas sobre estos principios de Arquímedes.
La primera prueba es agua salada versus agua dulce.
Pruebe el examen a continuación.
Para resolver algunos problemas prácticos de buceo, debes comprender los conceptos de flotabilidad. Imagina que necesitas recuperar un motor fuera de borda muy grande y costoso que se cayó al océano. Si puedes determinar algunas cifras, puedes calcular cuánta flotabilidad necesitas para levantar el motor de regreso a la superficie (imagina eso en una escala Titánica); o cuánto peso necesitarías para hundir un barco.
Entonces, ¿qué es exactamente la flotabilidad? La flotabilidad es la fuerza ascendente ejercida sobre un objeto colocado en un fluido (gas o líquido). Incluso mientras estás en tierra firme, la flotabilidad puede afectarte porque estás en un fluido (aire, que es un gas). Es solo que esta fuerza es tan débil que no compensa la gravedad, que es la fuerza hacia abajo. Un globo aerostático te da una mejor idea del principio de Arquímedes en tierra a medida que se eleva, controlado por los mismos principios que cuando te elevas en el agua agregando aire a tu BCD.
La fuerza hacia arriba es el fluido (gas o líquido).
La fuerza hacia abajo es la gravedad.
La cantidad de flotabilidad (fuerza hacia arriba) depende de la cantidad de fluido que el objeto está desplazando y del peso del fluido desplazado.
Cuanto más denso es el fluido, más fuerza ascendente (flotabilidad) se obtiene para un volumen dado de desplazamiento.
Donde entra en juego la flotabilidad es la diferencia entre el peso del desplazamiento y el peso del objeto.
Solo necesitamos calcular la diferencia entre el desplazamiento del objeto y el peso del objeto y compensar la diferencia agregando peso para hundir el objeto (Kg) o desplazando agua adicional, generalmente con una bolsa elevadora, para levantar el objeto. (Lt). En ambos casos, siempre necesitamos averiguar qué se necesita para que el objeto sea neutral.
Todo esto suena muy fácil, pero los litros y los kilogramos no son compatibles. Piensa en peras y manzanas, por lo que debe convertir una para que coincida con la otra y aquí es donde ocurre la confusión.
Su primer paso es cambiar Lt a Kg para averiguar el peso del agua desplazada, exactamente como se indica en la redacción al final del principio de Arquímedes.
El trabajo comienza aquí:
Es importante entender que hay muchos métodos para enseñar esta teoría y yo estoy usando solo uno. Si esto no funciona para usted, busque en línea explicaciones alternativas.
Hay 2 partes. Determinar las 3 variables (OWD por sus siglas en inglés) y cuándo usarlas en la ecuación (MSD por sus siglas en inglés).
VARIABLES
Piensa Open Water Diver (Buzo de Aguas Abiertas)
Y luego podemos trazar lo que se requiere de la pregunta de física usando la siguiente ecuación
ECUACIÓN
Piensa en Master Scuba Diver
La profundidad (ni en agua salada ni en agua dulce) no influye en la determinación de la flotabilidad
Entonces, comencemos con cómo está redactado el principio y parte de la confusión puede resolverse allí.
El principio de Arquímedes establece que la fuerza de flotación hacia arriba que se ejerce sobre un cuerpo sumergido en un fluido ya sea total o parcialmente sumergida, es igual al peso del fluido que el cuerpo desplaza.
Una vez que haya determinado las tres variables (OWD), puede pasar a la ecuación (MSD) y cada paso de MSD tiene un propósito diferente que analizaremos individualmente.
3 PASOS
El PASO 1 ES ENCONTRAR CUÁL ES EL PESO DEL AGUA DESPLAZADA
(Convertir Lts a Kgs) Fuerza hacia arriba.
Multiplica (×) Lt to Kg
Desplazamiento (Lt) × constante del agua (Kg) (salada o fresca) = peso del agua desplazada (Kg) (Fuerza hacia arriba)
EL PASO 2 ES ENCONTRAR LA FLOTABILIDAD DEL OBJETO (+VE, -VE O NEUTRO)
Sustraer (-)
Peso de desplazamiento (Kg) (fuerza hacia arriba) – peso del objeto (Kg) (fuerza hacia abajo) = flotabilidad.
Esto encuentra la diferencia entre el desplazamiento del objeto y el peso del objeto
Este paso es importante para determinar qué tipo de flotabilidad tiene el objeto. (+ve, -ve o neutro)
A partir de ahí podemos averiguar qué hará que tenga una flotabilidad neutra.
Si tiene flotabilidad positiva, solo necesitas agregar kg y la ecuación se detiene aquí, ya que no necesita desplazar el aire.
Muchas preguntas que indican que un objeto tiene flotabilidad neutra en realidad comenzarán aquí después del segundo paso.
Aquí también es donde agrega cualquier kg para convertirlo en Xkg +ve o Xkg -ve. (Kg a Kg), haremos preguntas adicionales al final para ayudar aquí.
EL PASO 3 ES AVERIGUAR EL DESPLAZAMIENTO REQUERIDO PARA LEVANTAR UN OBJETO (convertir kg – lt)
Dividir (÷)
Peso flotante del objeto (ignora los signos +ve o -ve, son solo indicadores) ÷ constante de agua = desplazamiento requerido para levantar el objeto.
Sólo para levantar el objeto. Si está hundiendo el objeto, no necesita saber el desplazamiento.
La flotabilidad neutra es todo lo que necesita para mover el objeto (la fuerza hacia arriba es igual a la fuerza hacia abajo).
Asegúrese de haber realizado ajustes para kg positivos (paso anterior) si es necesario antes de completar este paso.
SOLO PARA SER UTILIZADO PARA DESPLAZAMIENTO. (levantando) Piensa – DIVIDIR PARA DESPLAZAR
El desplazamiento es siempre en litros.
¡En pocas palabras!
Paso 1 Multiplicar; encontrar el peso del desplazamiento del agua. (Lt – kg)
Paso 2 Sustraer; ¿Es +ve, -ve o neutral?
¿Qué ajustes debemos hacer? (Kg - kg)
Paso 3 Dividir; dividir por desplazamiento (kg – lt)
Ej. 1 Usted planea recuperar un motor fuera de borda de 150 kg en agua de mar que desplaza 60 litros y se encuentra a 30 m. ¿Cuánto aire debe poner en un dispositivo de elevación para que el motor tenga una flotabilidad neutra?
Primero determina todas las variables
La profundidad no es un factor.
*El peso del objeto es mayor que el peso del agua desplazada y por lo tanto se hunde (-ve)
**La pregunta solo requiere flotabilidad neutra, por lo que la cantidad de fuerza hacia abajo es igual a la fuerza hacia arriba.
El objeto tiene 88,20 kg negativos (fuerza hacia abajo).
Por lo tanto, se requieren 88,20 kg positivos para que el objeto sea neutral. Luego convertimos a litros. Recuerda, divide para desplazar.
88,20 kg ÷ 1,03 kg = 85,6 L
Ej. 2 Debes hundir un objeto que pesa 50 kg y desplaza 300 litros en agua dulce, ¿cuánto plomo necesita colocar en el objeto para que quede 10 kg negativo en el fondo?
* El peso del objeto es menor que el peso del agua desplazada y por lo tanto flota (+ve)
**Primero tenemos que hacer que el objeto sea neutral y luego ajustar los 10 kg adicionales negativos.
*** Debido a que estamos hundiendo el objeto, no necesitamos el tercer paso. Recuerde Dividir es solo para Desplazar (kg-lt)
El objeto tiene un peso positivo de 250 kg (fuerza hacia arriba).
Por lo tanto, 250 kg de peso negativo (fuerza hacia abajo) para que sea neutral + 10 kg negativo (fuerza hacia abajo) para que 10 kg tengan flotabilidad negativa.
250 kg + 10 kg = 260 kg
Ej. 3 Un objeto pesa 237 kg y desplaza 123 litros de agua. ¿Cuánta agua de mar adicional necesita desplazar para darle al objeto una flotabilidad positiva de 40 kg? (Redondear al litro más cercano)
*El peso del objeto es mayor que el peso del agua desplazada; por lo tanto, se hunde (-ve)
**Primero tenemos que hacer que el objeto sea neutral y luego ajustarlo para los 40 kg adicionales positivos.
*** Ahora tenemos que calcular cuántos litros se desplazan para elevar el objeto a 40 kg positivos. Recuerda dividir para desplazar.
El objeto tiene un peso negativo de 110,31 kg (fuerza hacia abajo).
Por lo tanto, 110,31 kg de peso positivo (fuerza hacia arriba) para que sea neutral + 40 kg positivo (fuerza hacia arriba) para que 40 kg sean positivamente flotantes.
110,31 kg + 40 kg = 150,31 kg
Luego divida para determinar cuánta agua necesita ser desplazada
150,31 kg ÷ 1,03 kg = 146 lt (redondear al punto decimal más próximo)
Ej. 4 Si un objeto que pesa 150 kilogramos tiene flotabilidad neutra en agua salada, ¿cuál es el volumen de agua que desplaza el objeto?
* Ya sabemos que el objeto es neutro y está en Kg, por lo que no necesitamos hacer los 2 primeros pasos
** Solo necesitamos saber el desplazamiento, así que Divide para Desplazar
150 ÷ 1,03 = 146 litros
Ahora está listo para realizar algunas pruebas sobre estos principios de Arquímedes más avanzados.
La prueba dos son las ecuaciones más complicadas.
Pruebe el examen a continuación.
Si desea obtener más información sobre cualquiera de nuestros próximos IDC, contáctenos en contact@idcislamujeres A continuación puede encontrar enlaces a ambos cuestionarios para ponerse a prueba. Ponte a prueba en Arquímedes
La prueba uno es agua salada vs agua dulce Parte 1 Teoría de Arquímedes
La prueba dos son las ecuaciones más complicadas.
Aquí hay enlaces a todos los exámenes.
Examen de Agua, Calor, Luz, Sonido y Gases
Examen de Arquímedes parte 1
Examen de Arquímedes Parte 2
Examen de Presión
Examen de la Ley de Boyles Parte 1
Cambios de profundidad de un solo nivel
Examen de la Ley de Boyles Parte 2
Cambios de profundidad de varios niveles
Examen de la ley de Charles
Examen de la ley de Henry
Examen de la ley de Dalton