Diferencia entre flotabilidad y fuerza de flotación

La palabra Flotabilidad se deriva de una palabra española conocida como “Boyar”, que significa flotar. La propiedad de un fluido de empujar el objeto sumergido hacia arriba se llama Flotabilidad. Tiene la tendencia a flotar cuando un objeto se coloca en un fluido. La flotabilidad resulta de las variaciones de presión presentes en los lados opuestos de un objeto o cuerpo sumergido en un líquido estático. Entonces, este fenómeno de flotabilidad se debe a la fuerza de flotación. Los factores que afectan la flotabilidad en el fluido son,

• Densidad (P)
• Volumen (V)
• Aceleración debida a la gravedad (g)

Cuando un artículo se sumerge en agua u otro líquido, vemos que el artículo encuentra una fuerza desde la dirección hacia abajo inversa a la atracción gravitacional, que es responsable de la disminución de su peso. Esta fuerza hacia arriba o vertical aplicada por el líquido va en contra del peso de un artículo sumergido en un líquido. Como probablemente sabemos, la presión en estado líquido aumenta con la profundidad. Por lo tanto, la presión en la parte inferior de un artículo sumergido en el líquido es más prominente que en la parte superior. La diferencia en esta presión provoca una fuerza ascendente neta en el elemento que caracterizamos como flotabilidad. Es debido a la flotabilidad que los nadadores humanos, los peces, los barcos y los icebergs se mantienen sobre el agua.

Fuerza de flotación

La fuerza ascendente neta ejercida sobre un cuerpo parcial o completamente sumergido en un fluido se denomina fuerza de flotación. También se conoce como empuje hacia arriba. Debido a la fuerza de flotación, un objeto sumergido total o parcialmente en un fluido parece ser más liviano (pierde su peso). La unidad utilizada para describir la fuerza de flotación es Newton (N), que también es la unidad de fuerza (F).

La presión ejercida por el líquido en el que se sumerge un objeto provoca flotabilidad. Además, la fuerza de flotación experimentada por el artículo es en todos los casos hacia arriba debido a que la presión del líquido aumenta con el nivel de profundidad. Pocas aplicaciones en las que se aplica la fuerza de flotación son el transporte de mercancías, el diseño marítimo (p. ej., barcos)

Fórmula de fuerza de flotación

Como sabemos que la densidad, el volumen y la fuerza descendente, por ejemplo, la gravedad, impactan directamente en la fuerza de flotación, utilizando este número de elementos, la fórmula general de la fuerza de flotación se deriva de,

Fuerza de flotación (F _b ) = V × p × g

Dónde; V – Volumen del fluido

p- Densidad del fluido

g – aceleración debida a la gravedad

Esta fórmula da la fuerza de flotación del medio líquido aplicado al artículo siguiendo el principio de Arquímedes.

principio de Arquimedes

Establece que la fuerza de flotación hacia arriba que se aplica sobre un objeto sumergido en un líquido, ya sea en cierta medida o completamente hundido, es equivalente al peso del líquido que el objeto arranca y actúa en dirección hacia arriba en el centro de masa de el líquido desarraigado.

Diferencia entre flotabilidad y fuerza de flotación

Flotabilidad	Fuerza de flotación
La flotabilidad se define como la tendencia de un objeto sumergido en un líquido a flotar.	Es la fuerza ascendente neta ejercida sobre un cuerpo parcial o totalmente sumergido en un fluido.
El fenómeno de la flotabilidad se debe a la fuerza de flotabilidad.	También se conoce como empuje hacia arriba.
Se produce debido a la presión que ejerce el líquido en el que se sumerge un objeto.	Es causado debido a que la presión del líquido aumenta con el nivel de profundidad.
Es una tendencia de un objeto sumergido en el fluido.	Es una fuerza que actúa hacia arriba.
El principal factor de flotabilidad es la densidad del fluido.	El factor principal de la fuerza de flotación es el peso de un objeto.
La flotabilidad también se ve afectada por el volumen del fluido desplazado y la aceleración debida a la gravedad.	No se ve afectado por la masa y la densidad del objeto sumergido.
La presión es baja o nula	Una presión creada en la parte inferior inferior de un objeto sumergido.
No tiene ninguna fuerza hacia arriba.	Actúa siempre en sentido ascendente.
La flotabilidad no actúa contra el peso de un cuerpo sumergido en el fluido.	Actúa contra el peso de un cuerpo sumergido en el fluido.
Las aplicaciones de la flotabilidad son: submarinos Hidrómetros- Para medir la gravedad específica Para medir la densidad de los sólidos y líquidos.	Aplicaciones de la fuerza de flotación: diseño marino Envío de la carga En barcos y naves enormes
Algunos ejemplos de flotabilidad son: nadadores humanos icebergs Corcho flotante o una hoja	Algunos ejemplos de fuerza de flotación son: Globo aerostático Cruceros, portaaviones navales Pez

Problemas de muestra

Pregunta 1: ¿Cuál es la fuerza de flotación de un bloque de madera colocado en el agua con dimensiones de longitud = 3,5 m, anchura = 0,6 m y altura = 0,5 m? La densidad del agua es de 1000 kg/m ³ y la aceleración debida a la gravedad es de 10 N/kg.

Solución:

De la información dada,

Volumen del bloque (V) = largo × ancho × alto = 3,5 × 0,6 × 0,5 = 1,05 m ³

Densidad del agua (ρ) = 1000 kg/m ³

gravedad (g) = 10 N/kg

Por lo tanto, la flotabilidad se calcula como:

Fórmula de la fuerza de flotación

F _segundo = ρ gramo V

F _b es la fuerza de flotación, ρ es la densidad del agua, g es la aceleración debida a la gravedad y V es el volumen

Fb ₌ (1000)×(10)×(1.05) = (1000)×(10.5) = 10500 Newton

Pregunta 2: ¿Calcular la densidad de un material desconocido si un bloque de material desconocido pesa 73 newtons en el aire y 52 newtons cuando se sumerge en agua? La densidad del agua es de 1000 kg/m ³

Solución:

Consideremos el bloque con densidad desconocida p _b .

En aire,

F _aire = p _segundo V gramo

Cuando el bloque está completamente sumergido en agua, el peso calculado se reduce debido a la fuerza de flotación,

F _agua =p _b V g – F _flotante

Aquí la fuerza de flotación es,
F _boyante = p V g

Dado que el bloque está completamente sumergido, organicemos la segunda ecuación,

F _agua + pag V gramo = pag _segundo V gramo

Ahora calculando el volumen en la primera ecuación,

V= F _aire / p _b g

Por eso,

(F _agua + F _aire ) × p/p _b = F _aire

Densidad de resolución,

p _b = F _aire / ( F _aire – F _agua  ) × p

Ahora con los valores numéricos,

pag = 73 N / (73 N – 52 N) × 1000 kg/m ³ = 3476,19 kg/ _m ³ .

Por tanto la densidad del material identificado es de 3476,19 kg/m ³

Pregunta 3: ¿Cuál será la fuerza de flotación, para un cuerpo flotante del 85% sumergido en agua? La densidad del agua es de 1000 kg.m ³ .

Solución:

Dado,

Densidad del agua, p = 1000 kg.m ³

Según la fórmula del principio de Arquímedes,

F _segundo = ρ × gramo × V

o por otro lado

ρ × gramo × V = V _segundo × ρ _segundo × gramo

Dónde,

ρ, g y V son la densidad, el aumento de velocidad debido a la gravedad y el volumen del agua

V _b , ρ _b , y g son el aumento de volumen, densidad y velocidad debido a la gravedad del cuerpo sumergido.

PAGS _segundo = V / pag × V _segundo    

Como el 85% del cuerpo está sumergido,

0,85 × V _segundo = V

∴ρ _b = 850 kg.m ³

Pregunta 4: ¿Cuál es la fuerza de flotación de una bola de acero de 5 cm de radio sumergida en agua? Suponiendo que la aceleración de la gravedad es de 9,8 m.s2 y la densidad del agua es de 1000 kg.m3

Solución:

El radio de la bola de acero es de 5 cm = 0,05 m

Volumen de la bola de acero, V = 4/3πr ³

V = 4/3π × 0,05 ³

Valor del pastel = 3.14

∴V = 1,33 × 3,14 × 0,000125

Densidad del agua ρ = 1000 kg. metro ³

Aceleración debida a la gravedad, g = 9,8 m. s2 ^_

De la fórmula del principio de Arquímedes,

F _segundo = ρ × gramo × V

F _b = 1000 kg.m ³  × 9,8 ms ² × (1,33 × 3,14 × 0,000125)

∴F _b = 5.11 N

Pregunta 5: Un objeto de 130 kg de masa y 700 kg/m3 de densidad flota en el agua. ¿Cuánta masa adicional se necesita agregar al objeto para evitar que se hunda por debajo de las opciones dadas?

(a) 15 kg (b) 55 kg (c) 95 kg (d) 100 kg

Responder: 

Supongamos que la masa máxima sea ‘m’, que debe agregarse al objeto para que deje de hundirse:

Como la conocemos, 

Peso del agua (desplazada) = Peso del objeto + masa máxima a añadir

pags _w V gramo = metro × gramo

pags _w V = metro

p _w V = 130 + m

p _w = 1000 kg.m ³

V = 130 / 700 = 0,185 ^m3

Presentando los valores obtenemos:

1000 × 0,185 = 130 + metro

m = 185 – 130 = 55 kg

Por lo tanto, si agregamos 55 kg de masa o más al objeto, comenzará a hundirse.

Por lo tanto, al agregar 15 kg al objeto, este flotará.

Pregunta 6: Si un cilindro de 20 g de masa pesa 14 g en agua y si el área de la sección transversal es de 0,65 cm cuadrados, ¿cuál sería la longitud?

Solución: 

El área dada de la sección transversal es de 0,65 cm ²

L = ?

Cuando el peso del sólido se sumerge completamente en agua, la fórmula derivada es,

V( p _s – p _w )g = Peso calculado en agua

Aquí p es densidad (s indica sólido, w es agua) y V es volumen.

La fuerza de flotación es V p _w g – (peso calculado en agua)

V pag _w gramo = ( 20- 14) gramo

Como V p _s g peso calculado en aire dado como 20 g

Como sabemos p _w = 1,

V = 6 cm ³

Por lo tanto, la longitud se puede calcular dividiendo el volumen por la sección transversal

L = 6 / 0,65

De ahí la longitud L= 9,23 cm.

^{Pregunta 7: Si una pelota de 20 kg de masa y 0,4 m 3 de} volumen se sumerge en agua, ¿cuál es la fuerza neta sobre la pelota? Donde g = 10 m/s ² y densidad del agua 1,0 g/ml

Responder:

Masa dada m = 20 kg

Volumen V = 0,4 m ³

g= 10 m/s ²

p _agua = 1000 kg/m ³

El peso del agua desplazada por la pelota es simplemente la fuerza de flotación:

Fb = V _bola × p _agua × g 

= 0,4 × 1000 kg/m ³ × 10 m/s ²

= 4000N

Ahora la fuerza de gravedad sobre la bola es,

F _gramo = metro × gramo = 20 × 10 = 200 norte

Dado que estas fuerzas se oponen entre sí, ahora podemos decir,

F _neta = F _b – F _g

= 4000N – 200N

Por lo tanto F _neta = 3800 N

Preguntas frecuentes

Pregunta 1: ¿Cuál es el significado de la fuerza de flotación en la natación?

Responder: 

La flotabilidad es importante en la natación, ya que ayuda al nadador a permanecer más cerca de la superficie. Esto se debe a que la presión experimentada por el nadador bajo el agua es mayor que la presión experimentada arriba. Esta es además la justificación de por qué los nadadores pueden flotar en la capa exterior del agua.

Pregunta 2: ¿Cuáles son los distintos tipos de flotabilidad?

Respuesta : 

Los tres tipos de flotabilidad son flotabilidad neutra, positiva, negativa,

• La flotabilidad positiva es el punto en el que el objeto sumergido es más ligero que el líquido extraído y esta es la razón por la que el objeto flota.
• La flotabilidad negativa es el punto en el que el objeto empapado es más denso que el líquido arrancado, lo que provoca el hundimiento del objeto.
• La flotabilidad neutra ocurre cuando el peso del objeto sumergido es equivalente al líquido arrancado. El buceo en el mar por parte del buceador es un modelo óptimo para la flotabilidad neutra.