Lectura – Arquímedes: gobernante del mundo acuático
¿Qué es el principio de Arquímides?
El principio de Arquímedes es un principio fundamental de la hidrostática, que fue descubierto por el matemático, físico e inventor griego Arquímedes de Siracusa (c. 287 a.C. – c. 212 a.C.). Este principio establece que un cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo. En otras palabras, la fuerza de flotación que actúa sobre un cuerpo sumergido es igual al peso del volumen de fluido que el cuerpo desplaza.
Según la leyenda, el rey Hierón II de Siracusa le pidió a Arquímedes que determinara si una corona que le habían entregado era de oro puro o si se había mezclado con otros metales más ligeros. Arquímedes estaba enfrentando el desafío de determinar la pureza de la corona sin dañarla.
Mientras estaba en su baño, Arquímedes observó que el nivel del agua subía cuando él entraba en la bañera y se dio cuenta de que este cambio estaba relacionado con la cantidad de su propio cuerpo que estaba sumergida. Esto le llevó a entender el principio de flotación, y según la historia, se dice que exclamó “¡Eureka!” (que significa “¡Lo encontré!” en griego) al darse cuenta de la solución al problema.
¿Cómo se relaciona este principio con la flotabilidad en el agua?
El principio de Arquímedes explica la flotabilidad de los objetos en un fluido, como el agua. El principio establece que un objeto sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado por el objeto. En otras palabras, un objeto flota en un fluido si el peso del fluido desplazado por el objeto es igual o mayor que el peso del objeto en sí mismo.
Para entender esto, consideremos un objeto sumergido en agua. Cuando el objeto se sumerge, desplaza una cierta cantidad de agua. La fuerza de gravedad actúa sobre el objeto hacia abajo, y el principio de Arquímedes nos dice que hay una fuerza de flotación dirigida hacia arriba que es igual al peso del agua desplazada. Si la fuerza de flotación es suficientemente grande para contrarrestar el peso del objeto, el objeto flotará. Si el objeto es más denso que el agua, se hundirá.
La fórmula matemática que describe el principio de Arquímedes es la siguiente:
F_{text{flotación}} = rho_{text{fluido}} cdot V_{text{desplazado}} cdot gDonde:
- F_{text{flotación}} es la fuerza de flotación hacia arriba.
- rho_{text{fluido}} es la densidad del fluido (en este caso, el agua).
- V_{text{desplazado}} es el volumen del fluido desplazado por el objeto.
- g es la aceleración debido a la gravedad.
Esta fórmula muestra que la fuerza de flotación es directamente proporcional al volumen del fluido desplazado. Si el objeto se hunde más en el agua, desplazará más agua y experimentará una mayor fuerza de flotación.
¿Qué otros fenómenos pueden ser descritos a través de este principio?
El principio de Arquímedes también se aplica a los globos aerostáticos, que son dispositivos que vuelan debido a la diferencia de densidad entre el gas contenido en el globo y el aire circundante. Un globo aerostático típico está lleno de gas más ligero que el aire, como helio o hidrógeno. El gas dentro del globo tiene una densidad menor que la del aire ambiente. Esto significa que el gas en el globo es más ligero por unidad de volumen que el aire que lo rodea.
Cuando un globo aerostático se llena de gas, desplaza una cantidad de aire igual a su propio peso. Si la fuerza de flotación es mayor que el peso del globo y su carga (como la canasta y los pasajeros), el globo se eleva en la atmósfera. Esto es posible porque la fuerza de flotación actúa hacia arriba y supera la fuerza de la gravedad que actúa hacia abajo.
El principio de Arquímedes explica por qué solo una fracción de un iceberg es visible sobre la superficie del océano. La mayor parte de un iceberg está sumergida en el agua debido a la diferencia de densidad entre el hielo y el agua. Además muchas semillas, como las de algunos tipos de plantas acuáticas, están diseñadas para flotar en el agua. Esto facilita su dispersión y colonización de nuevas áreas.
Los submarinos pueden sumergirse y emerger controlando su densidad mediante el llenado o vaciado de compartimentos con agua o aire. Este principio es esencial para el funcionamiento de los submarinos.También mamíferos como ballenas y delfines pueden ajustar la cantidad de aire en sus pulmones para modificar su flotabilidad mientras nadan y se sumergen en el agua.
¿Qué es la línea Plimsoll?
La línea Plimsoll, también conocida como la marca de carga Plimsoll o simplemente la marca Plimsoll, es una marca visible en los costados de los buques que indica el límite máximo hasta el cual se puede cargar la nave con carga seca o líquida, garantizando la seguridad durante la navegación. Esta línea es esencial para evitar que los barcos sean sobrecargados y, por lo tanto, corran el riesgo de hundirse.
La marca Plimsoll toma su nombre de Samuel Plimsoll, un político y reformador social británico del siglo XIX que abogó por la seguridad marítima. A finales del siglo XIX, las condiciones de trabajo y la seguridad en los barcos eran preocupaciones significativas. Los armadores a menudo sobrecargaban sus barcos para maximizar los beneficios, lo que aumentaba el riesgo de naufragios y pérdida de vidas.
La línea Plimsoll se compone de una serie de círculos y líneas horizontales pintados en el casco del barco, cada uno con un significado específico. La posición de la línea Plimsoll varía según el tipo de agua (agua salada o dulce) y las condiciones de navegación. Las autoridades marítimas de diferentes países han adoptado regulaciones similares para garantizar la seguridad en la carga de los buques.
Continúa con la actividad “Principio de Arquímedes“; al finalizar podrás seguir practicando con un Kahoot!