Examen de física de la escuela secundaria: flotabilidad

Los objetos que flotan en la superficie de un fluido o están sumergidos en un fluido experimentan la fuerza ascendente resultante de la presión hidrostática desde todas las direcciones. Su magnitud es igual a la gravedad del fluido desplazado por el objeto. Por ejemplo, si la gravedad de una piedra es mayor que el peso del mismo volumen de agua, se hundirá hasta el fondo. El peso de la madera o casco es igual al peso del agua desplazada por la parte sumergida, por lo que flota sobre el agua. El peso del globo es menor que la gravedad del mismo volumen de aire, es decir, la fuerza de flotabilidad es mayor que la gravedad, por lo que ascenderá. Esta fuerza de estar sumergido en agua o aire y ser arrastrado por el agua o el aire se llama "flotabilidad". Por ejemplo, un balde de agua sacado de un pozo es más liviano antes de salir del agua que después de salir del agua porque el balde flota por el agua. No sólo el agua, sino todos los líquidos, como el alcohol, el queroseno o el mercurio, ejercen una fuerza de flotación sobre los objetos sumergidos en ellos.

La causa de la flotabilidad se puede analizar utilizando un cubo recto sumergido en un líquido. Este sistema de objetos totalmente sumergidos está sujeto a la presión del fluido que viene de todos lados y aumenta con la profundidad. Entonces, las superficies frontal, posterior, izquierda, derecha, superior e inferior de este cubo están sujetas a la presión del líquido. Debido a que las fuerzas que actúan en los lados izquierdo y derecho se corresponden entre sí, tienen la misma área y tienen la misma profundidad en el líquido, las presiones en ambos lados son iguales en magnitud y opuestas en dirección, y las dos fuerzas se equilibran entre sí. . Asimismo, se equilibran las presiones que actúan sobre los lados delantero y trasero. Sin embargo, debido a que las profundidades de las superficies superior e inferior del líquido son diferentes, las presiones tampoco son iguales. La presión arriba es pequeña y la presión abajo es alta. La presión alcista de abajo es mayor que la presión descendente de arriba. La diferencia de presión entre el líquido y el objeto es la fuerza de flotación del líquido sobre el objeto. Esta fuerza es igual al peso del líquido desplazado por el objeto. Cuando la interfaz superior del cuerpo flotante no está en contacto con el líquido, sólo la presión ascendente que actúa sobre la interfaz inferior generará flotabilidad. En cuanto a un objeto ubicado en el fondo del contenedor y en estrecho contacto con el fondo del contenedor, solo puede verse afectado por la presión del líquido que actúa hacia abajo sobre la superficie del objeto, por lo que el objeto no se ve afectado por la flotabilidad. Este fenómeno es raro, porque mientras haya una fina película líquida en el medio, la presión se puede transmitir y habrá presión hacia arriba en la superficie inferior. Si hay una diferencia de presión entre las superficies superior e inferior de un objeto, el objeto flotará.