Los flotadores impiden que nos hundamos en el agua

LOS FLOTADORES IMPIDEN QUE NOS
HUNDAMOS EN EL AGUA
GRUPO 11:

Lourdes Soraya Almansa Chacón

Lorena Díaz del Álamo

José Antonio Checa Mendoza

Fátima Caro Medrán

Carlos Alañón Moya

David Campos Castellanos
3º PRIMARIA A
1. BIOGRAFÍA DE ARQUÍMEDES
Arquímedes de Siracusa fue un matemático, físico, ingeniero, inventor
y astrónomo griego. Nació c. 287 a. C. en el puerto marítimo de Siracusa
(Sicilia, Italia) y murió 212 a.C.
Aunque se conocen pocos detalles de su vida, es considerado uno de
los científicos más importantes de la antigüedad clásica. Entre sus avances
en física se encuentran sus fundamentos en estática y la explicación del
principio de la palanca. Es reconocido por haber diseñado innovadoras
máquinas, incluyendo armas de asedio y el tornillo de Arquímedes, que lleva su
nombre.
En el siglo III a. C., en Alejandría, el centro científico de la civilización
occidental en esa época, el matemático, físico e inventor griego Arquímedes
enunció el llamado principio de Arquímedes (este dice que un cuerpo sólido
sumergido en un líquido es impulsado hacia arriba con una fuerza equivalente
al peso del líquido que desplaza).
Se le atribuyen unos cuarenta inventos mecánicos, entre los que
destacan la rueda dentada y el tornillo de Arquímedes o tornillo sin fin, una
máquina para elevar agua que se supone ideó para extraer agua de la sentina
de los barcos, de la que existen varias formas.
Arquímedes murió c. 212 a. C. durante la Segunda Guerra Púnica,
cuando
las
fuerzas
romanas
al
mando
del
general Marco
Claudio
Marcelo capturaron la ciudad de Siracusa después de un asedio de dos años
de duración. Arquímedes se distinguió especialmente durante el sitio de
Siracusa, en el que desarrolló armas para la defensa de la ciudad. Arquímedes
fue asesinado al final del asedio por un soldado romano, contraviniendo las
órdenes del general romano, Marcelo, de respetar la vida del gran matemático
griego.

Flotador
Un flotador es una pieza en forma de aro fabricada de un material ligero
y que sirve para mantener a flote a una persona introducida en su interior.
Los flotadores se fabrican en materiales ligeros como
el corcho o plástico. En el primero de los casos se trata de una pieza compacta
que no se hunde debido a las propiedades de su materia prima. En el segundo,
consiste en una funda plástica en la que se introduce aire permitiendo de este
modo que flote en el agua.
El flotador de plástico consiste en dos capas simétricas de este material una de
las cuales una contiene una válvula por la que se insufla el aire. Las dos piezas
están selladas pudiendo contener así una cámara de aire en su interior.
Los flotadores de corcho se encuentran en entornos náuticos así como
en embarcaciones y constituyen equipos de emergencia por si una persona cae
al agua.
También se llama flotadores a los dispositivos hidrodinámicos ubicados bajo el
fuselaje que permiten la flotabilidad de un hidroavión. En los hidroaviones de
tipo hidrocanoa están situados en las alas, y su objetivo no es tanto ayudar a la
flotabilidad, ofrecida principalmente por el mismo casco de la aeronave, sino
equilibrio lateral.
2. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES
El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido
experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido
desalojado.
La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se
indica en las figuras:
1. El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el
resto del fluido.
2. La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la
misma forma y dimensiones.

Porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.
Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido
en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido
sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente depende
de la profundidad y dS es un elemento de superficie.
Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante
de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción
de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es
el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje.
De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se
cumple
Empuje=peso=rf·gV
El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del
fluido rf por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha
porción V.

Se sustituye la porción de fluido por un cuerpo sólido de la
misma forma y dimensiones.
Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y
dimensiones. Las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su
resultante que hemos denominado empuje es la misma y actúa en el mismo
punto, denominado centro de empuje.
Lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el
centro de masa, que puede o no coincidir con el centro de empuje.
Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas:
el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen
en principio el mismo valor ni están aplicadas
en el mismo punto.
En los casos más simples, supondremos que el
sólido y el fluido son homogéneos y por tanto,
coincide el centro de masa del cuerpo con el
centro de empuje.
3. Algunos ejemplos:
Si colocamos sobre agua (figura 65) distintos objetos: madera, plástico,
papel, clavos, cubos de hielo, un barquito de papel, etc., veremos que algunos
flotan y otros se hunden. Pero esto no depende únicamente del material,
también depende de la forma que este tenga. Si con un mismo trozo de
plastilina construyes una bola y un disco ahuecado, verás que el primero se
hunde mientras que el segundo flota, según se ilustra en la figura 66. Por la
misma razón un clavo de hierro se hunde y un barco, del mismo material, flota.
Todas estas preguntas y los hechos señalados encuentran su explicación en el
principio de Arquímedes.
Este célebre principio se puede formular del siguiente modo: Sobre un
cuerpo sumergido en un líquido actúa una fuerza, de abajo hacia arriba (el
empuje), que es igual al peso del líquido desalojado.
a. Empuje y flotabilidad
Sabemos que algunos objetos flotan sobre los líquidos y otros se
hunden. Más exactamente, como lo indica la figura 71, hay tres posibilidades.
Si el peso del objeto es mayor que el empuje (a), este se hunde hasta llegar al
fondo del recipiente; si es igual al empuje (b), permanecerá “entre dos aguas”;
y si es menor que el empuje (c), el cuerpo saldrá a flote y emergerá del líquido
reduciéndose el empuje hasta hacerse igual al peso.
En la figura 72 se ilustra este último caso con más detalle. En (a) el
cuerpo está completamente sumergido, pero como el empuje es mayor que su
peso, está ascendiendo. Luego llegará a la posición que se indica en (b), pero
igual que antes, seguirá ascendiendo. Desde este momento en adelante parte
del cuerpo quedará por encima del nivel del líquido y el empuje se empezará a
reducir, hasta hacerse igual a su peso. En este momento el cuerpo flotará en
equilibrio. Las flechas azules indican el sentido del movimiento del cuerpo. En
los líquidos en general, en tanto, las burbujas de aire u otros gases ascienden
igual que un corcho, y lo hacen por la misma razón.
4. Conclusión
En el agua vemos lo que ocurre cuando metemos dentro un cuerpo.
Podemos experimentar la existencia de otra fuerza: el empuje.
El descubrimiento se debe a Arquímedes (287-212) A.C. que lo expresó
así: Todo cuerpo sumergido en un fluido (líquido o gas) desaloja un
volumen de fluido equivalente a su propio volumen.
Como consecuencia de la diferencia entre la masa del cuerpo y la masa,
de igual volumen, del agua desplazada por el cuerpo, pueden ocurrir dos
casos:

Que la masa del cuerpo sea mayor que la del agua que desplaza.
En este caso el cuerpo se hundirá.

Que la masa del cuerpo sea menor que la masa del agua
desalojada. El cuerpo flotará.
Si ambas masas son muy semejantes el cuerpo seguirá hundiéndose
hasta que el volumen de agua desplazado tenga la misma masa que el propio
cuerpo.
En realidad sumergir un cuerpo en un fluido equivale a desplazar hacia
arriba un volumen igual de líquido. Este desplazamiento requiere una fuerza
que debemos vencer al intentar sumergir el cuerpo. De esta experiencia se
deduce el principio de Arquímedes.
Por este motivo cuando levantamos un cuerpo dentro del agua
percibimos un peso menor que denominamos peso aparente.
Peso aparente = Peso real - Empuje