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El principio de Arquímedes y la fuerza de flotabilidad

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Respuesta rápida

El empuje es una fuerza vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado. Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje, se hunde; si es menor o igual, flota.

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Solución — Página 299

Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico. Libro de Educación Telesecundaria Grado 2° Ciclo Escolar 2025 - 2026

Contenido teórico: principio de Arquímedes

Arquímedes enunció que todo objeto sumergido en un fluido (líquido o gas) recibe una fuerza vertical de abajo hacia arriba llamada empuje o fuerza de flotabilidad.

Si el objeto se sumerge total o parcialmente, el fluido ejerce sobre él una fuerza ascendente.
Si el objeto flota, es porque el fluido lo sostiene: el empuje equilibra su peso.
Si el peso del objeto es mayor que el empuje, el objeto se hunde hasta el fondo.
El peso del fluido desplazado es igual al peso del objeto cuando este flota en equilibrio.

La expresión matemática del principio es:

$B = \rho_{f} \cdot g \cdot V_{d}$

donde $B$ es el empuje, $\rho_{f}$ la densidad del fluido, $g$ la aceleración de la gravedad y $V_{d}$ el volumen de fluido desplazado.

Respuesta orientativa: El principio de Arquímedes permite explicar por qué los cuerpos flotan o se hunden según la relación entre su peso y el empuje recibido.

Ejemplo ilustrativo

Una pelota se sumerge en agua y se suelta: sube a la superficie porque el empuje supera su peso. Para mantenerla sumergida hay que aplicar una fuerza adicional con las manos; al soltarla, sale disparada hacia arriba por el empuje del líquido.

Respuesta: El empuje depende de la densidad del fluido y del volumen desplazado, no de la masa del objeto.

Aplicación cotidiana

Dentro del agua es más fácil levantar a una persona o un objeto pesado porque el fluido ayuda con una fuerza ascendente (empuje).

Respuesta orientativa: La fuerza de empuje reduce la fuerza neta necesaria para levantar un objeto sumergido, ya que actúa en sentido contrario al peso.

Contenido de la página

Arquímedes enunció que, cuando los objetos se sumergen en un fluido, reciben una fuerza de abajo hacia arriba denominada empuje. Cuando un objeto se coloca en un fluido (líquido o gas), este flota o se hunde. En ellos actúa la fuerza de empuje hacia arriba cuando se sumergen total o parcialmente; a esto se le llama fuerza de flotabilidad.

Cuando los objetos flotan es porque el fluido los sostiene. Por ejemplo, si se sumerge una pelota en agua y se suelta, sube a la superficie y flota; para mantenerla sumergida total o parcialmente, es necesario aplicar una fuerza con las manos y, si se suelta, sale disparada hacia arriba por la fuerza de empuje recibida del líquido.

Arquímedes observó cómo se desplazaba el volumen del agua mientras introducía un cuerpo en ella, y pensó en cómo calcular este empuje, lo cual dio como resultado el principio que tiene por título este apartado. Existe una anécdota: este principio lo descubrió en la bañera y salió tan emocionado gritando "¡Eureka!" (significa "¡Lo encontré!") que no se dio cuenta de que no tenía ropa.

Cuando se está dentro del agua y se intenta levantar a una persona o un objeto pesado, se podrá realizar con relativa facilidad en comparación con intentarlo fuera del agua, porque se recibe la ayuda del fluido donde está sumergido (en este caso del agua), que es la fuerza de empuje. La fuerza de flotación (empuje) recibida por el objeto sumergido se asocia con su peso. Si el peso de un objeto sumergido en un fluido es mayor a la fuerza de empuje proporcionada por este, entonces se hundirá hasta el fondo haciendo que el nivel de agua suba; es decir, el peso del fluido desplazado es igual al peso del objeto.

Ejemplos resueltos

Una pelota se sumerge en agua y se suelta. Explica qué ocurre y por qué.

La pelota sube a la superficie porque el empuje del agua es mayor que su peso. Al soltarla, la fuerza de flotabilidad la impulsa hacia arriba hasta que el empuje iguala su peso y flota.

Diagrama

graph TD
    A[Cuerpo sumergido] --> B{¿Peso > Empuje?}
    B -->|Sí| C[Se hunde]
    B -->|No| D[Flota]
    D --> E[Empuje = Peso del fluido desplazado]

Fórmulas y ecuaciones

B = $\rho_{f}$ $\cdot$ g $\cdot$ $V_{d}$

Glosario (4)

Empuje: Fuerza vertical hacia arriba que ejerce un fluido sobre un cuerpo sumergido total o parcialmente.
Flotabilidad: Capacidad de un cuerpo para mantenerse en la superficie de un fluido gracias al empuje.
Fluido: Sustancia que puede fluir, como líquidos y gases.
Eureka: Expresión griega que significa 'lo encontré', atribuida a Arquímedes al descubrir su principio.

Preguntas para practicar

¿Por qué es más fácil levantar a una persona dentro del agua que fuera de ella?

Porque dentro del agua el cuerpo recibe una fuerza de empuje hacia arriba que contrarresta parte de su peso, reduciendo la fuerza neta que debemos aplicar para levantarlo.

¿Qué relación existe entre el peso del fluido desplazado y el empuje?

El empuje es igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo sumergido, tal como establece el principio de Arquímedes.

Temas y conceptos clave

Principio de ArquímedesFuerza de empujeFlotabilidad de los cuerposEmpujeFuerza de flotabilidadFluido desplazadoPeso del objetoDensidad del fluido

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Figuras de la página (2)

Submarino navegando en la superficie del mar, mostrando la estela que deja. — Figura 1 image

Esquema de una pelota sumergida en agua con flechas que representan el peso W hacia abajo y el empuje B hacia arriba. — Figura 2 image

Preguntas que la gente también hace

¿Por qué flotan los barcos si son de metal?

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¿Cómo se calcula la fuerza de empuje que recibe un cuerpo sumergido?

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¿Qué relación hay entre el peso del fluido desplazado y el empuje?

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📌 Antes de leer esto

• Concepto de fuerza y peso
• Unidades de masa y volumen
• Noción de densidad

Siguiente tema sugerido

Cálculo del empuje y aplicaciones del principio de Arquímedes

📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1784 caracteres

Arquímedes enunció que, cuando los objetos se sumergen en un fluido, reciben una fuerza de abajo hacia arriba denominada de empuje. Cuando un objeto se coloca en un fluido (liquido o gas), éste flota o se hunde. En ellos actúa la fuerza de empuje hacia arriba cuando se sumergen total o parcialmente, a esto se le llama fuerza de flotabilidad.

Cuando los objetos flotan es porque el fluido los sostiene.Por ejemplo, si se sumerge una pelota en agua y se suelta,sube a la superficie y flota; para mantenerla sumergida total o parcialmente, es necesario aplicar una fuerza con las manos y, si se suelta, sale disparada hacia arriba, por la fuerza de empuje recibida del liquido.

Arquímedes observó cómo se desplazaba el volumen del agua mientras introducía un cuerpo en ella, y pensó en cómo calcular este empuje, lo cual dio como resultado el principio que tiene por título este apartado. Existe una anécdota, pues este principio lo descubrió en la banera y salió tan emocionado gritando "Eureka!"(signifi ca "Lo encontré!") que no se dio cuenta de que no tenía ropa.

Cuando se está dentro del agua y se intenta levantar a una persona o un objeto pesado, se podrá realizar con relativa facilidad en comparación con intentarlo fuera del agua, porque se recibe la ayuda del fluido donde está sumergido (en este caso del agua), que es la fuerza de empuje. La fuerza de flotación empuje recibida por el objeto sumergido se asocia con su peso. Si el peso de un objeto sumergido en un fluido es mayor a la fuerza de empuje proporcionada por éste, entonces se hundirá hasta el fondo haciendo que el nivel de agua suba; es decir, el peso del fuido desplazado es igual al peso del objeto.

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