Materiales didácticos Ley de Arquímedes Consta de competencias básicas e indicadores de logro de competencias, materiales de aprendizaje, preguntas de ejemplo, preguntas de práctica y pruebas formativas.
A. Competencias básicas
3. 1 Aplicar las leyes de los fluidos estáticos en la vida cotidiana
4.1 Diseñar y realizar experimentos que utilicen las propiedades de los fluidos estáticos, incluyendo una presentación de los resultados experimentales y su utilización.
B. Indicadores de logro de competencias
1. Recordar (C1), comprender (C2), aplicar (C3), manalizar (C4) y concluir (C5) el concepto de flotabilidad, la ley de Arquímedes y el concepto de flotar, levitar y hundirse.
2. Resuelve (C4) y corrige (C6) preguntas sobre flotabilidad y la ley de Arquímedes.
3. Realizar (P2) el experimento hLey de Arquímedes
4. Muestre (P3) y determine (P5) ghay flotando y hLey de Arquímedes
LEY DE ARQUÍMEDES
I. INTRODUCCIÓN
¿Alguna vez has estado en un barco? Un barco con una masa muy grande no se hunde, mientras que una roca pequeña y ligera sí. ¿Por qué sucede esto?
¿Sabes qué es la imagen de la izquierda? Un submarino es un barco que puede flotar en la superficie del mar y también sumergirse. ¿Cómo flota y se sumerge un submarino?
¿Qué ves en la imagen de la derecha? Los globos aerostáticos pueden volar a gran altitud. ¿Por qué vuelan los globos y cómo se vuela un globo aerostático?
Los barcos pueden flotar en la superficie del mar y sumergirse bajo el agua, al igual que los globos pueden flotar en la atmósfera, es decir, en el aire. Para entender esto, primero debes entender Ley de ArquímedesPara que puedas entender la ley de Arquímedes, primero debes entender el concepto. Flotabilidad.
Fuente de la imagen: Google.com
II. FUERZA DE FLOTABILIDAD
¿Qué se siente más ligero, una roca levantada en tierra o la misma roca levantada en el agua? Si nunca lo has experimentado, deberías intentarlo para responder a esta pregunta. Es más pesado levantar una roca en tierra, pero la misma roca se siente más ligera al levantarla en el agua. Esto se debe a la fuerza de flotación.
Cuando un objeto se coloca en un fluido, se produce una diferencia de presión entre el fluido en la parte superior y en la parte inferior del objeto. El fluido en la parte inferior tiene mayor presión que el fluido en la parte superior. sobre un objeto. La flotabilidad se produce debido a las diferencias de presión del fluido a diferentes profundidades.
En la imagen se ve un objeto flotando en un líquido. El líquido debajo del fluido tiene mayor presión que el líquido encima del objeto, porque el líquido debajo del objeto tiene mayor profundidad que el líquido encima del objeto (h2 > h1).
Informacion: FA = fuerza de flotación, ρ = densidad del líquido, g = aceleración debida a la gravedad, V = volumen del objeto sumergido en el líquido
Reemplazar ρV en la fórmula de la fuerza de flotación con m en la fórmula de la densidad:
Informacion: m = masa, g = aceleración debida a la gravedad, w = gravedad.
Según la ecuación 2, la fuerza de flotación (FA) es igual al peso (w) del fluido desplazado. VEl volumen de fluido desplazado es igual al volumen del objeto contenido en dicho fluido.
III. LEY DE ARQUÍMEDES
Cuando un objeto se sumerge total o parcialmente en un fluido, este ejerce una fuerza ascendente (flotación) sobre el objeto, cuya magnitud es igual al peso del fluido desplazado. El volumen del fluido desplazado es igual al volumen del objeto sumergido en él.
IV. FLOTANDO, FLOTANDO, HUNDIÉNDOSE
4.1 FLOTANTE
Un objeto flota en la superficie de un fluido si:
1. El peso de un objeto más kecil que la fuerza de flotación (w < FA), o
2. La densidad del objeto es menor que la densidad del fluido ( )
Si la fuerza de flotación es mayor que la fuerza de gravedad, entonces la fuerza resultante no es cero, según las leyes del movimiento de Newton, el objeto se moverá hacia arriba. Pero en realidad el objeto está en reposo sobre la superficie del líquido. Según la primera ley de Newton, si un objeto está en reposo, entonces
ΣFy = 0
FA – w – Fa = 0
FA = w + Fa
FA = fuerza de flotación ejercida por el líquido sobre el objeto, Fa = empuje atmosférico, w = el peso del objeto.
4.2 FLOTANTE
Un objeto flota en la superficie de un fluido si:
1. El peso de un objeto junto con Fuerza de flotabilidad (w = FA), o
2. La densidad del objeto es la misma que la densidad del fluido ( )
Según la primera ley de Newton, si un objeto está en reposo entonces
ΣFy = 0
FA – w = 0
FA =w
4.3 HUNDIMIENTO
1. El peso de un objeto más grande que la fuerza de flotación (w > FA), o
2. La densidad del objeto es mayor que la densidad del fluido ( )
Según la primera ley de Newton, si un objeto está en reposo entonces
ΣFy = 0
w – FA – N = 0
w = FA + N
FA = fuerza de flotación ejercida por el líquido sobre el objeto, N = fuerza normal ejercida por la base sobre el objeto, w = el peso del objeto.
¿Por qué flotan los barcos?
Después de estudiar la explicación anterior, ahora intenta responder a la pregunta: ¿por qué un barco con una gran masa no se hunde mientras que la arena ligera se hunde en el mar? La arena se hunde porque la densidad de la arena es mayor que la densidad del agua de mar. Mientras tanto, los barcos, aunque están hechos de hierro, tienen una densidad mayor que la del agua de mar (la densidad del hierro es de 7874 kg/m³).3 La densidad del agua de mar es de 1025 kg/m³.3), pero el volumen del barco es tan grande que la densidad del barco se calcula utilizando la fórmula de densidad ρ = m / V es menor que la densidad del agua de mar.
Si utilizamos el concepto de flotabilidad y gravedad, los barcos flotan porque la flotabilidad es mayor que la gravedad del barco.
Cómo se sumergen los submarinos
Para flotar, la densidad de un submarino debe ser menor que la del agua de mar; asimismo, un submarino puede sumergirse si su densidad es mayor o igual que la del agua de mar. El volumen de un submarino es el mismo, por lo que, para que pueda sumergirse y flotar, su densidad se puede modificar introduciendo agua y aire en los tanques de lastre. Si se desea sumergirse, se introduce agua en el tanque de lastre; si se desea flotar en la superficie, se extrae el agua del tanque y se introduce aire.
Según los principios de flotabilidad y gravedad, un submarino puede flotar si la fuerza de flotación es mayor que la gravedad que ejerce sobre él. Un submarino puede sumergirse si la gravedad del barco es mayor que la fuerza de flotación que ejerce el agua de mar sobre el submarino.
Por qué y cómo pueden volar los globos aerostáticos.
Los globos vuelan porque en su interior contienen un gas cuya densidad es menor que la del aire circundante. Por el contrario, si la densidad del gas dentro del globo fuera igual a la del aire, el globo caería al suelo y no alcanzaría gran altura.
Según el principio de flotabilidad, un globo aerostático asciende porque la fuerza de flotación es mayor que la gravedad que ejerce sobre él. El globo cae al suelo cuando la gravedad sobre él es mayor que la fuerza de flotación que ejerce el aire sobre él.
V. EJEMPLOS DE PREGUNTAS
5.1. El peso de la carga en el aire es de 5 N, y el peso de la carga medida en el líquido es de 4 N. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza de flotación?
Discusión
Es sabido:
Peso de la carga en el aire (w) = 5 N
Peso de la carga en el agua (wF) = 4 N
Preguntó: Fuerza de flotabilidad (FA)
Respuesta:
Al medir una carga en un líquido, parte de su peso se pierde debido a la fuerza de flotación. La magnitud de esta fuerza es igual a la diferencia entre el peso de la carga en el aire y el peso de la carga en el líquido.
FA = 5 – 4 = 1 Newton
5.2. Un recipiente lleno de agua se llena con una piedra, lo que provoca que parte del agua se derrame. El volumen del agua derramada es de 0,1 m³.3.. Densidad del agua = 1000 kg/m³3Aceleración debida a la gravedad: 10 m/s2¿Cuánta fuerza de flotación ejerce el agua sobre la roca?
Discusión
Es sabido:
Volumen de agua derramada (V) = 0,1 m3
Densidad del agua (ρ) = 1000 kg/m3
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s2
Preguntó: Fuerza de flotabilidad (FA)
Respuesta:
FA = ρ g V = (1000)(10)(0,1) = 1000 N
5.3. Cuando se coloca un objeto en un recipiente lleno de agua de mar, parte del agua de mar se derrama 0,2 m3Densidad del agua de mar = 1025 kg/m³3La aceleración debida a la gravedad es de 10 m/s².2Calcula el peso del agua de mar desplazada/derramada.
Discusión
Es sabido:
Volumen (V) = 0,2 m3
Densidad del agua de mar (ρ) = 1025 kg/m³3.
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s2
Preguntó: Peso del agua de mar desplazada/derramada
Respuesta:
La ley de Arquímedes establece que la magnitud de la fuerza de flotación es igual al peso del agua de mar desplazada/derramada.
FA = ρ g V = (1025)(10)(0,2) = 2050 N
5.4. Un metal pesa 100 N cuando se mide en el aire y 80 N cuando se mide en el agua. ¿Cuál es el volumen del metal? La densidad del agua es de 1000 kg/m³.3, aceleración debida a la gravedad = 10 m/s2.
Discusión
Es sabido:
Peso en el aire (w) = 100 N
Peso en agua (w)f) = 80 N
Densidad del agua (ρ) = 1000 kg/m3
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/s2
Preguntó: Volumen de metal
Respuesta:
FA = 100 – 80 = 20 N
FA = ρ g V
20 = (1000)(10) V
20 = 10.000 V
5.5. Un objeto que pesa 20 N se coloca en un líquido. Si la fuerza de flotación es de 30 N, ¿el objeto se hunde, flota o se mantiene a flote?
Discusión
La fuerza de flotación es mayor que el peso del objeto, F.A > w, para que el objeto flote.
Un objeto se hunde si la fuerza de flotación es menor que el peso del objeto (FA < w)
VI. PREGUNTAS DE PRÁCTICA Y CLAVE DE RESPUESTAS
https://gurumuda.net/soal-ujian/soal-latihan-hukum-archimedes
VII. PREGUNTAS DE EVALUACIÓN FORMATIVA
https://gurumuda.net/soal-ujian/tes-formatif-hukum-archimedes
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