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Elaborado por: Grupo de Investigación Sistemas Inteligentes, Robótica y Percepción- SIRP- Pontificia Universidad Javeriana-Bogotá, 2010.
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Guía del estudiante
TALLER: Principio de Arquímedes
Área: Física
Tema: Fluidos
Conceptos relacionados: Densidad, fuerza de empuje.
Objetivos:
Comprender el comportamiento de un objeto parcialmente sumergido en un líquido.
Introducción
Es posible construir embarcaciones artesanales que sirvan a las personas para transportarse
individualmente, como en general sucede con embarcaciones como las canoas, que se
construyen gracias al conocimiento empírico adquirido en el tiempo y que generalmente se
transmite de forma verbal entre las generaciones. Sin embargo, cuando se piensa en la
construcción de barcos que cuestan mucho dinero, como puede ser un carguero, resulta difícil
dimensionarlo simplemente gracias a la intuición.
Para solucionar éste problema, los ingenieros acuden a las leyes y principios de la física que les
ayudan a explicar el mundo desde un lenguaje más formal: el matemático. Para el caso
específico de las embarcaciones resulta muy importante el principio de Arquímedes, mediante
el cual es posible saber si una embarcación podrá flotar, conociendo sus dimensiones físicas,
peso de la embarcación y de la carga.
El presente documento pretende ilustrar mediante la realización de un experimento simple, la
aplicación del principio antes mencionado.
Preguntas previas (Consulte la bibliografía):
Enuncie el principio de Arquímedes
De acuerdo con el principio de Arquímedes. Asumiendo que dos embarcaciones con
forma cúbica, tienen igual peso, pero diferente área, ¿Cuál embarcación se sumergirá
más?
El ingeniero Daniel Aguado fue contratado para diseñar los planos de una
embarcación. El ingeniero Aguado tiene dudas acerca de la mejor opción para
construir la embarcación y le ha consultado a usted, su gran amigo el problema.
La embarcación está diseñada para transportar a los visitantes de Maloka (un centro
de educación interactivo) a través unos lagos de agua, aceite, alcohol y agua de mar.
Aunque el ingeniero Aguado no conoce muy bien cómo será el funcionamiento de la
embarcación dentro de del centro de educación interactivo, Maloka, le ha pedido al
ingeniero Aguado que la embarcación esté en capacidad de llevar 500Kg encima, y que
no se sumerja mas de 1m en el agua porque los lagos tienen una profundidad de 1.3m.
El ingeniero Aguado ha encontrado los siguientes datos:
Sustancia Densidad Media (Kg/m3)
Madera 700
Acero 7850
Hierro 7874
Agua 1000
Aceite 920
Alcohol 780
Agua de mar 1027
Y ha determinado que las láminas para construir la embarcación tienen 10 cm de
espesor. Además, la embarcación será cuadrada y sus dimensiones serán: 5mx5mx2m
donde las dimensiones están dadas como largo x ancho x alto.
Determine cuál o cuáles materiales pueden utilizarse para construir el barco.
Materiales:
½ pliego de MDF o madera de
balsa.
1 m de plástico auto-adhesivo
(Contact).
Silicona caliente.
Recipiente de forma regular (ojalá
cúbico) grande.
10 barras de aluminio de 10cm de
largo y 5mm de lado.
50g de arroz
Procedimiento:
1. Construya una caja sin tapa de 12cm x 12cm x 8cm (largo x ancho x alto).
2. Forre la caja con el plástico adhesivo. La caja debe quedar impermeabilizada.
3. Pese la caja.
4. Introduzca la caja en el recipiente lleno con agua.
Mida el volumen de agua desplazado por la caja.
Mida cuánto se hunde la caja en el agua.
5. Acomode las varillas de aluminio en la caja de manera que el peso esté distribuido de
forma uniforme.
Mida el volumen de agua desplazado por la caja.
Mida cuánto se hunde la caja en el agua.
6. Saque las varillas de la caja. Ponga el arroz dentro de la caja de forma que el peso
quede distribuido de forma uniforme.
Mida el volumen de agua desplazado por la caja.
Mida cuánto se hunde la caja en el agua.
7. Compruebe matemáticamente los resultados observados durante la práctica.
Temas previos/contenidos:
Principio de Arquímedes, Densidad, Fuerza de empuje, Flotación.
Bibliografía
Enciclopedia Wikipedia, Principio de Arquímedes,
http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Arqu%C3%ADmedes. Consultado el 04-
10-2010.
Enciclopedia Wikipedia, Densidad, http://es.wikipedia.org/wiki/Densidad.
Consultado el 04-10-2010.
Enciclopedia Wikipedia, Volumen,
http://es.wikipedia.org/wiki/Volumenhttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen.
Consultado el 04-10-2010.