Objetos que se hunden: peso frente a fuerza de flotación máxima
1 · Predecir
Una plomada de metal se deja caer al agua y queda apoyada en el fondo, completamente sumergida. Una vez que está completamente sumergida, ¿hacerla más pesada cambia su nivel de inmersión?
- Un plomo más pesado se sumerge aún más (más de 100%).
- Ya está completamente sumergido (100%), por lo que más masa no puede sumergirlo más.
- Una plomada más pesada se sumerge menos porque cae más rápido.
2 · Configurar
- Abra el ajuste preestablecido fluid-sink y presione Restablecer. La plomada cae a través del agua y se detiene en el fondo del tanque.
- Habilite la sonda de fracción sumergida en el plomo.
- Establezca la masa de la plomada para cada prueba, déjela reposar y registre su fracción sumergida.
3 · Recopilar datos
| Masa del plomo m (kg) | Peso mg (N) | fracción sumergida |
|---|---|---|
| 3.00 | ||
| 4.00 | ||
| 5.00 |
Grafique la fracción sumergida (eje y) frente al peso (eje x) para sus tres pruebas.
4 · Analizar
- Esta simulación modela la plomada como un disco de radio 0.4 m extruido a través de la profundidad de corte fija del tanque de 0.005 m — calcule su volumen total V_full = π·r²·(profundidad de corte) y la fuerza de flotación máxima posible ρ·g·V_full utilizando la densidad del agua 1000 kg/m³. Compárelo con el peso de cada prueba.
- Explique por qué la fracción sumergida permanece limitada a 1.0 (100%) una vez que el peso excede la fuerza de flotación máxima, sin importar cuánto más pese el plomo.
5 · Ampliar
- La fuerza de flotación máxima de este plomo es de aproximadamente 24.6 N; cualquier masa inferior a aproximadamente 2.5 kg flotaría. Compare esto con el experimento de flotación (fluid-float): ¿qué determina si un objeto flota o se hunde?
- El agua de mar es más densa que el agua dulce. ¿Un plomo que se sumerge completamente en agua dulce necesariamente se sumergiría completamente en agua de mar? Explique usando la fórmula de la fuerza de flotación.
La física detrás de este experimento
Principio de Arquímedes (al máximo)
La fuerza de flotación más grande que un objeto puede recibir es ρ·g·V_full: el peso del fluido que desplazaría si estuviera completamente sumergido. Una vez que el peso de un objeto excede este límite, se hunde y permanece completamente sumergido; agregar más masa no puede sumergirlo más porque ya desplaza todo su volumen.
Fluidos
- Flotabilidad: ¿La masa de un objeto flotante cambia la profundidad a la que se encuentra?
- Manómetro de tubo en U: diferencia de presión desde la altura
- Principio de Pascal: multiplicación de fuerzas hidráulicas
- Efecto Venturi: acelerar, disminuir la presión
- Elevación del perfil aerodinámico: el principio de Bernoulli sobre un ala