El principio de Arquímedes es una idea fundamental en la física que explica por qué algunos objetos flotan y otros se hunden. Este principio, descubierto por el famoso matemático e inventor griego Arquímedes, es más fácil de entender de lo que parece. ¡Vamos a descubrirlo juntos!
Representación gráfica del principio de Arquímedes.
¿Quién fue Arquímedes?
Arquímedes de Siracusa fue un físico, matemático, ingeniero, inventor y astrónomo de la Antigua Grecia. Es considerado uno de los científicos más importantes de la antigüedad.
Cuenta la leyenda que Arquímedes, se metió en la bañera. Al ver como el agua ascendía, vio clara la solución. Salió desnudo a la calle y gritando «Eureka!».
Este principio establece que todo cuerpo sumergido dentro de un fluido experimenta una fuerza ascendente llamada empuje, equivalente al peso del fluido desalojado por el cuerpo. Todos hemos observado y experimentado que cuando un objeto está sumergido en el agua (u otro fluido) es mucho más sencillo levantarlo que cuando no está dentro del agua.
Arquímedes descubriendo el engaño de la corona de oro.
La Historia de la Corona del Rey Hierón II
Un día el rey Hierón le pidió a Arquímedes que averiguara si su corona era de oro puro. El rey sospechaba que el artesano se había quedado con parte del oro, sustituyéndolo por otro metal. Pero, ¿cómo comprobarlo?
La corona, al ser sumergida, desplazaría una cantidad de agua igual a su propio volumen. Al dividir la masa de la corona por el volumen de agua desplazada, se podría obtener la densidad de la corona. La densidad de la corona sería menor si otros metales más baratos y menos densos le hubieran sido añadidos.
Su descubrimiento sirvió para demostrar que la corona era un timo.
¿Qué es el 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 del fluido desalojado.
A esta fuerza se le denomina fuerza de flotación o fuerza de empuje, y es la responsable de que los objetos parezcan más ligeros en el interior de los fluidos. A este fenómeno se le denomina flotación.
En otras palabras, cuando metes algo en el agua, el agua ejerce una fuerza hacia arriba sobre ese objeto. Si esta fuerza es lo suficientemente grande, el objeto flota.
Un iceberg flotando gracias al principio de Arquímedes.
¿Por qué Flotan los Barcos?
Este principio explica el motivo de que un barco pueda flotar en el agua.
El principio de Arquímedes sirve para explicar por qué un barco flota en el agua.
Un buque en el mar flota debido a que el volumen del agua que desplaza es igual al del buque.
Como los barcos en su conjunto tienen menos densidad que el agua, van a flotar siempre. Así ocurre también en embarcaciones que están hechas con metales más densos que el agua, como es el caso del acero. En estas situaciones, pueden flotar porque hay muchas partes huecas, creando espacios de aire vacío dentro del casco. La densidad total, sumando aire y los metales, también será menor que la del agua.
Cabe señalar que si el barco estuviera hecho por completo por elementos más densos que el agua, entonces sí que se hundiría sin remedio. Por decirlo de un modo sencillo, siempre que la densidad del agua sea mayor, el barco va a mantenerse a flote.
¿Por qué se mantienen erguidos?
Una pregunta importante es por qué se mantienen erguidos y no se dan la vuelta. La clave se encuentra en que el centro de gravedad del barco se sitúe abajo, incluso en veleros, en los que es mucho más difícil de lograr.
¿Cómo lo consiguen? Gracias a la quilla, una gran pieza con forma de aleta que está debajo del barco. Por un lado, sirve de lastre, permitiendo bajar el centro de masa del barco.
¿QUÉ ES EL PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES?⚡Con ejemplos y ejercicios fácil y rápido
Ejemplos Cotidianos del Principio de Arquímedes
- Los globos aerostáticos: Se sostienen en el aire por el principio de Arquímedes. En este caso, el fluido es el aire. El globo está sumergido completamente en el aire cuya densidad es mayor que la del aire caliente.
- Los icebergs: Flotan porqué el agua congelada tiene una densidad ligeramente inferior al agua líquida.
- Peces: El Principio de Arquímides explica también el modo en el que los peces pueden ascender y descender mientras nadan.
- Buceadores: Al hilo del comentario anterior, los buceadores en el agua hacen lo mismo con el chaleco que llevan.
Experimentos Sencillos para Entender el Principio de Arquímedes
1. Pompa de Jabón Flotando Sobre CO2
Un experimento en el que se puede ver el principio de Arquímedes en gases es el de la pompa de jabón flotando sobre CO2. Para ello necesitamos una mezcla jabonosa para hacer pompas de jabón, vinagre, bicarbonato y un frasco de cristal grande.
La explicación de dicho experimento es que la reacción química entre el vinagre y el bicarbonato produce dióxido de carbono. Dicho gas es más denso que el aire y queda atrapado en el interior del frasco de cristal. Las pompas de jabón tienen aire en su interior y flotan sobre el dióxido de carbono, más denso, que se acumula en el fondo del frasco.
2. El Submarino Casero
Los submarinos se rigen por el principio de Arquímedes que dice: todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza vertical y hacia arriba que es igual al peso del líquido desalojado. Los submarinos se sumergen o flotan en el agua según aumente o disminuya su peso, pero el volumen no se altera.
El submarino necesita de un sistema de tanques para poder sumergirse y volver a emerger, estos tanques se llaman de inmersión.
Materiales:
- Botella de plástico
- Tornillos
- Pajita de plástico
- Recipiente con agua
Instrucciones:
- Cogemos la botella de plástico y le hacemos unos agujeros en un lateral, en el mismo lado pegamos unos tornillos para que mantengan los agujeros hacia abajo al poner la botella en el agua.
- En el tapón de la botella realizamos un pequeño orificio por donde pasaremos la pajita de plástico.
- Después llenaremos un recipiente de agua y colocaremos el “submarino”.
¿Qué ocurre?
En el primer momento podremos comprobar que el “submarino” flota, porque el peso específico de la botella es menor a la del líquido que lo contiene. Como los agujeros quedan a la parte inferior, poco a poco podremos ver como el “submarino” se llena de agua y desciende hacia abajo quedando totalmente sumergido, esto se produce porque el peso específico del “submarino” es mayor al empuje.
3. Huevo que flota
Coge un huevo y mételo en agua. Ahora echa sal y disuélvela con una cucharilla. Sigue echando sal hasta que ya no se disuelva más. ¿Por qué crees que se ha producido este cambio?
Huevo flotando en agua salada.
El Principio de Arquímedes en la Vida Cotidiana
El principio de Arquímedes es fundamental para la vida cotidiana y resulta muy sencillo de demostrar, por lo que considero que es prácticamente imprescindible que los estudiantes realicen a lo largo de la etapa de la ESO algún experimento que demuestre este principio.
Personalmente, considero que el alumnado siempre disfruta más cuando se relacionan diferentes materias entre sí, ya que en mi opinión estas pequeñas anécdotas son la sal y la pimienta con la que hacer de este concepto un producto apetitoso para nuestros alumnos.
Espero que esta explicación haya sido útil para entender este fascinante principio de la física.