Fuerza de flotación: problemas y soluciones
1. Un bloque de madera con longitud = 2.5 m, ancho = 0.5 m y altura = 0.4 m. La densidad del agua es 1000 kg/m³ . Si el bloque se coloca en el agua, ¿cuál es la fuerza de flotación ...? La aceleración debida a la gravedad es 10 N/kg.
Conocido :
Volumen del bloque (V) = largo x ancho x alto = 2.5 x 0.5 x 0.4 = 0.5 m³
Densidad del agua (ρ) = 1000 kg/ m³
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 N/kg
Se busca: La magnitud de la fuerza de flotación
solución:
Fórmula de la fuerza de flotación:
F = ρ g V
F = fuerza de flotación , ρ = densidad del agua , g = aceleración debida a la gravedad , V = volumen
F = (1000)(10)(0.5) = (1000)(5) = 5000 Newtons
2. El peso de un objeto en el aire es de 100 N. El objeto se coloca en un líquido. El volumen del líquido aumenta 1.5 m³ . Si el peso específico del líquido es de 10 N/m³ , ¿cuál es el peso del objeto en el líquido?
Conocido :
Peso del objeto en el aire (w) = 100 Newtons
Aumento del volumen del líquido = volumen del objeto en el líquido (V) = 1.5 m³
Peso específico del líquido = 10 N/ m³
Se busca: Peso del objeto en líquido
solución:
Peso del objeto en un líquido = peso del objeto en el aire – fuerza de flotación
Peso del objeto en el líquido = 100 Newtons – fuerza de flotación
Fórmula de la fuerza de flotación:
F A = ρ g V
F A = fuerza de flotación = la fuerza ejercida por los líquidos sobre el objeto en el agua.
ρ = densidad del líquido
g = aceleración debida a la gravedad
V = volumen del objeto en el líquido
Peso específico:
Peso específico del líquido = 10 N/ m³
w / V = 10 N/m 3
mg / V = 10 N/m 3
m (10) / V = 10 N/m 3
m / V = 1 kg/m 3
ρ = 1 kg/ m³
La densidad del líquido es 1 kg/m³.
La magnitud de la fuerza de flotación :
F A = ρ g V = (1 kg/m 3 )(10 m/s 2 )(1.5 m 3 ) = 15 kg m/s 2 = 15 Newtons
Peso del objeto en el fluido:
Peso del objeto en el fluido = 100 Newtons – 15 Newtons
Peso del objeto en el fluido = 85 Newtons
3. Un barco que navega en el mar entra en un río ancho y profundo. La densidad del agua de mar es de 1100 kg/m³ y la del agua del río es de 1000 kg/ m³ . Determina la comparación del volumen del objeto en agua de mar y en agua de río.
A. 11 : 10
B. 10 : 11
C. 121 : 100
D. 1 : 1
Conocido :
Densidad del agua de mar (ρ 1 ) = 1100 kg/m 3
Densidad del agua del río (ρ 2 ) = 1000 kg/m 3
Se busca: Comparación del volumen del objeto en agua de mar y en agua de río. Comparación del volumen del objeto en agua de mar y en agua de río.
solución:
Si el objeto está flotando, entonces la fuerza de flotación (F B ) = peso (w):
El principio de Arquímedes establece que la fuerza de flotación que actúa sobre un objeto en un fluido (agua) es igual al peso del fluido (agua) que desplaza. El volumen del objeto en el fluido (agua) es igual al volumen de fluido (agua) desplazado.
Comparación del volumen del objeto en agua de mar y en agua del río:
La respuesta correcta es b.
4. Una gota de oro, cuya masa es de 193 gramos, se encuentra en queroseno sometida a una fuerza ascendente de 8000 dinas. Si la aceleración debida a la gravedad es de 10 m/s² y la densidad del queroseno es de 0.8 g/cm³ , determine la densidad del oro.
A. 1.93 gr/ cm³
B. 8.65 gr/ cm³
C. 19.3 gr/ cm³
D. 193 gr/cm 3
Conocido :
Masa de oro (m oro ) = 193 gramos = 0.193 kg
Aceleración debida a la gravedad (g) = 10 m/ s²
Fuerza de flotación (F A ) = 8000 dinas = 8 x 10 3 dinas = (8 x 10 3 )(10 -5 N) = 8 x 10 -2 N = 0.08 Newton
Densidad del queroseno (ρ) = 0.8 gr/cm³ = 800 kg/ m³
Se busca: Densidad del oro
solución:
Peso del oro en el aire:
w = mg = ρ b V g —– Ecuación 1
V es el volumen de oro en queroseno.
Fuerza de flotación (F B ) igual al peso del oro en el aire (w) menos el peso del oro en queroseno (w') :
w – w' = F A
w – w' = ρ f V g —– Ecuación 2
V es el volumen de oro en queroseno.
Ambas ecuaciones anteriores se pueden escribir de nuevo a continuación:
La respuesta correcta es c.
- ¿Cuál es el principio fundamental que rige la fuerza de flotación?
- RespuestaEl principio fundamental de la fuerza de flotación es el principio de Arquímedes. Este principio establece que un objeto sumergido en un fluido experimenta una fuerza ascendente, denominada fuerza de flotación, cuya magnitud es igual al peso del fluido desplazado por el objeto.
- ¿Por qué un objeto se siente más ligero cuando está sumergido en agua?
- RespuestaCuando un objeto se sumerge en agua, desplaza un cierto volumen de agua. El peso de esta agua desplazada ejerce una fuerza de flotación hacia arriba sobre el objeto, que contrarresta parte de su peso, haciendo que parezca más ligero.
- Si un objeto flota en el agua, ¿cómo se compara el peso del objeto con la fuerza de flotación que actúa sobre él?
- RespuestaSi un objeto flota, la fuerza de flotación que actúa sobre él es igual a su peso. Por eso, el objeto permanece en equilibrio sin hundirse ni ascender.
- ¿Actúa la fuerza de flotación sobre los objetos que se encuentran en el aire?
- RespuestaSí, la fuerza de flotación actúa sobre los objetos en cualquier fluido, incluido el aire. Sin embargo, debido a que el aire es mucho menos denso que líquidos como el agua, la fuerza de flotación en el aire es mucho menor y, a menudo, insignificante para los objetos cotidianos.
- ¿Por qué algunos objetos se hunden en el agua mientras que otros flotan?
- RespuestaQue un objeto se hunda o flote depende de la relación entre su peso y la fuerza de flotación. Si la fuerza de flotación (debido al fluido desplazado) es mayor que el peso del objeto, este flota. Si el peso es mayor, se hunde.
- Si tomaras una bola de metal hueca y una bola de metal maciza del mismo volumen y material, y las sumergieras en agua, ¿cuál experimentaría una mayor fuerza de flotación?
- RespuestaLa fuerza de flotación depende del volumen de fluido desplazado y no de la masa del objeto. Dado que ambas bolas desplazan el mismo volumen de agua, experimentarán la misma fuerza de flotación.
- ¿Por qué flotan los barcos hechos de acero, que es mucho más denso que el agua?
- RespuestaLos barcos están diseñados con grandes espacios huecos en su interior, lo que significa que su densidad media es menor que la del agua. El agua desplazada por el barco ejerce una fuerza de flotación que soporta su peso, permitiéndole flotar.
- Si empujas una pelota flotante hacia lo más profundo del agua y luego la sueltas, ¿qué sucederá?
- RespuestaSi empujas una pelota flotante más profundamente en el agua, aumentas el volumen de agua que desplaza, lo que incrementa la fuerza de flotación. Al soltarla, esta mayor fuerza de flotación la impulsará hacia arriba hasta que vuelva a su posición de equilibrio.
- ¿Qué ocurre con la fuerza de flotación sobre un objeto sumergido si se traslada de agua dulce a agua salada?
- RespuestaEl agua salada es más densa que el agua dulce. Por lo tanto, para el mismo volumen desplazado, la fuerza de flotación será mayor en agua salada que en agua dulce. Así, un objeto podría flotar más alto en agua salada que en agua dulce.
- ¿Es posible que un objeto sea estable en una orientación (por ejemplo, vertical) pero inestable en otra (por ejemplo, horizontal) mientras flota en el agua?
- RespuestaSí, la estabilidad de un objeto flotante depende de la distribución de su peso en relación con la fuerza de flotación. Si el centro de gravedad se encuentra directamente encima del centro de flotación, el objeto será estable. Sin embargo, si se cambia la orientación, la relación entre los centros puede variar, lo que provoca inestabilidad en esa orientación particular.
