Grado 9
  1. Mechanics  1.1. Movimiento  1.1.1. Tipos de movimiento  1.1.2. Distancia y desplazamiento  1.1.3. Velocidad y Rapidez  1.1.4. Aceleración  1.1.5. Representación gráfica del movimiento  1.1.6. Ecuaciones de movimiento  1.1.7. Movimiento uniforme y no uniforme  1.1.8. Caída libre y aceleración debido a la gravedad  1.1.9. Velocidad relativa  1.1.10. Movimiento circular  1.2. Leyes de la fuerza y el movimiento  1.2.1. El concepto de fuerza  1.2.2. La primera ley del movimiento de Newton  1.2.3. Segunda ley del movimiento de Newton  1.2.4. Tercera ley del movimiento de Newton  1.2.5. Inercia y tipos de inercia  1.2.6. Movimiento  1.2.7. Conservación del momento  1.2.8. Aplicación de las leyes de Newton en la vida diaria  1.2.9. Tipos de Fuerzas (Contacto y No Contacto)  1.2.10. Fricción y sus efectos  1.3. Fuerza gravitacional  1.3.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.3.2. Importancia de la Fuerza Gravitacional  1.3.3. Aceleración debido a la gravedad  1.3.4. Caída libre e ingravidez  1.3.5. Masa y peso  1.3.6. Variación de g con altura y profundidad  1.3.7. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.3.8. Satélites y sus órbitas  1.4. Trabajo, Energía y Potencia  1.4.1. Concepto de trabajo  1.4.2. Acciones positivas y negativas  1.4.3. Trabajo realizado por fuerza constante y variable  1.4.4. Energía y sus formas  1.4.5. Energía cinética y energía potencial  1.4.6. La ley de conservación de la energía  1.4.8. Unidad comercial de energía  1.4.9. Teorema trabajo-energía  1.5. Máquinas simples  1.5.1. Tipos de máquinas simples  1.5.2. Ventaja mecánica  1.5.3. Eficiencia de la máquina  1.5.4. Palancas y sus tipos  1.5.5. Poleas y planos inclinados  1.5.6. Engranajes y sus usos
  2. Propiedades de la materia  2.1. Estados de la materia  2.1.1. Sólidos, líquidos y gases  2.1.2. Propiedades de los diferentes estados de la materia  2.1.3. Cambio en el estado de la materia  2.1.4. Plasma y condensado de Bose-Einstein  2.2. Densidad y presión  2.2.1. Concepto de densidad y densidad relativa  2.2.2. Presión en sólidos, líquidos y gases  2.2.3. La ley de Pascal y sus aplicaciones  2.2.4. Presión atmosférica y sus variaciones  2.2.5. Tensión superficial y capilaridad  2.3. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  2.3.1. Fuerza de flotación  2.3.2. Principio de Arquímedes  2.3.3. Aplicaciones del Principio de Arquímedes  2.3.4. objetos que flotan y se hunden  2.3.5. Teoría de la Flotación y el Principio de Arquímedes
  3. Calor y Termodinámica  3.1. Temperatura y calor  3.1.1. Concepto de calor y temperatura  3.1.2. Medición de temperatura  3.1.3. Escalas de temperatura  3.2. Transferencia de calor  3.2.1. Conducción del calor  3.2.2. Convección del calor  3.2.3. Radiación de calor  3.2.4. Aplicaciones de la transferencia de calor  3.2.5. Conductividad térmica  3.3. Thermal expansion  3.3.1. Expansión de sólidos, líquidos y gases  3.3.2. Expansión anómala del agua  3.3.3. Aplicaciones de la expansión térmica  3.4. Capacidad calorífica específica y calor latente  3.4.1. Concepto de capacidad calorífica específica  3.4.2. Medición y aplicaciones del calor específico  3.4.3. Calor latente de fusión y vaporización  3.4.4. Motores de calor y eficiencia
  4. Ondas y sonido  4.1. Ondas y sus tipos  4.1.1. Ondas mecánicas y electromagnéticas  4.1.2. Ondas Longitudinales y Transversales  4.1.3. Propiedades de las ondas  4.1.4. Longitud de onda, frecuencia y velocidad de la onda  4.1.5. Superposición de ondas  4.2. Ondas sonoras  4.2.1. Naturaleza y transmisión del sonido  4.2.2. Velocidad del sonido en diferentes medios  4.2.3. Reflexión del sonido y eco  4.2.4. Sonar y ultrasonido  4.2.5. Resonancia y pulsación  4.3. Características del sonido  4.3.1. Intensidad, volumen y calidad del sonido  4.3.2. Efecto Doppler en el sonido
  5. Iluminación y Óptica  5.1. Reflexión de la luz  5.1.1. Leyes de la reflexión  5.1.2. Reflexión desde un espejo plano  5.1.3. Reflexión en un espejo esférico  5.1.4. Formación de imágenes por espejos cóncavos y convexos  5.1.5. Aplicaciones de la Reflexión  5.2. Refracción de la luz  5.2.1. Leyes de la refracción  5.2.2. Índice de refracción  5.2.3. Refracción a través de una lámina de vidrio  5.2.4. Refracción en el agua y el aire  5.2.5. Lentes y sus tipos  5.2.6. Formación de imágenes por lentes convexas y cóncavas  5.2.7. Reflexión interna total y sus aplicaciones  5.3. Dispersión y dispersión de la luz  5.3.1. Espectro de la luz blanca  5.3.2. Prismas y Dispersión  5.3.3. Efecto Tyndall y cielo azul
  6. Electricidad y Magnetismo  6.1. Carga eléctrica y electricidad estática  6.1.1. El concepto de carga eléctrica  6.1.2. Carga por fricción, contacto e inducción  6.1.3. Electroscopio y su funcionamiento  6.2. Electricidad Corriente  6.2.1. El concepto de corriente eléctrica  6.2.2. Ohm's Law and Resistance  6.2.3. Factores que afectan la resistencia  6.2.4. Circuitos en Serie y Paralelo  6.2.5. Heating effect of electric current  6.2.6. Potencia y energía eléctricas  6.3. Magnetismo  6.3.1. Imanes naturales y artificiales  6.3.2. Propiedades de los imanes  6.3.3. Magnetismo de la Tierra  6.3.4. Campo magnético y líneas de campo  6.3.5. Electroimanes y sus aplicaciones
  7. Física Moderna  7.1. estructura del átomo  7.1.1. Estructura Atómica y Partículas Subatómicas  7.1.2. Electrones, Protones y Neutrones  7.1.3. Modelo de Rutherford y Bohr  7.2. Radiactividad  7.2.1. Tipos de emisiones radiactivas  7.2.2. Vida media y desintegración radiactiva  7.2.3. Usos y Peligros de la Radiactividad
  8. Ciencia espacial y astronomía  8.1. El universo y sus componentes  8.1.1. Estrellas y galaxias  8.1.2. Planetas y Sistema Solar  8.2. Satélites  8.2.1. Satélites naturales y artificiales  8.2.2. Uso de satélites

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Principio de Arquímedes


El principio de Arquímedes es una ley científica fundamental en física, nombrada después del antiguo matemático e inventor griego Arquímedes. El principio es una piedra angular en el estudio de la mecánica de fluidos, particularmente en la comprensión de la flotabilidad, el fenómeno que hace que un objeto flote o se hunda en un fluido. El principio de Arquímedes establece que cualquier objeto, total o parcialmente sumergido en un fluido, es levantado por una fuerza igual al peso del fluido desplazado por el objeto.

Entendiendo el impulso

Para entender el principio de Arquímedes, primero debemos entender el concepto de flotabilidad. La flotabilidad es la fuerza ascendente ejercida por un fluido sobre un objeto colocado en él. Esta fuerza permite que los objetos floten, se hundan o permanezcan suspendidos en un fluido. Por ejemplo, un bote flota en el agua debido a la flotabilidad, mientras que una piedra puede hundirse porque la fuerza gravitatoria que la empuja hacia abajo es mayor que la fuerza de flotabilidad que la empuja hacia arriba.

Ilustración del principio de Arquímedes

Líquidos objeto peso fuerza de flotación

En la visualización anterior, puedes ver un objeto sumergido en un fluido. El peso mostrado por la flecha roja es la fuerza que la gravedad ejerce sobre el objeto. La flecha naranja muestra la fuerza de flotabilidad que empuja el objeto hacia arriba. Según el principio de Arquímedes, la flecha naranja (fuerza de flotabilidad) es igual al peso del fluido desplazado por el objeto verde.

Principio de Arquímedes implementado

Echemos un vistazo más de cerca a cómo funciona el principio de Arquímedes en el mundo real:

Flotación

Los objetos flotan cuando la fuerza de flotabilidad es igual o mayor que su peso. Por ejemplo, un trozo de madera flota en el agua porque la madera generalmente es menos densa que el agua. La madera desplaza una cantidad de agua igual a su peso antes de hundirse completamente, por lo que flota.

Densidad de la madera < Densidad del agua
Peso del agua desplazada = Peso de la madera

Hundimiento

Un objeto se hunde cuando su peso es mayor que la fuerza de flotabilidad. Por ejemplo, una bola de metal generalmente se hunde en agua porque la densidad del metal es mayor que la densidad del agua. El peso del agua desplazada es menor que el peso de la bola.

Densidad del metal > Densidad del agua
Peso del agua desplazada < Peso de la bola de metal

Suspensión

Un objeto está suspendido cuando ni se hunde ni flota. Esto ocurre cuando la densidad de un objeto es igual a la densidad del fluido. Un ejemplo de esto es un pez que puede controlar su flotabilidad y mantenerse suspendido en el agua a cierta profundidad.

Densidad del objeto = Densidad del fluido

El principio de Arquímedes en las propiedades de la materia

El principio de Arquímedes no solo explica la flotabilidad; también arroja luz sobre las propiedades de la materia, particularmente en términos de densidad y volumen. La densidad es una medida de cuánta masa se contiene en un volumen dado. Es una propiedad esencial que afecta si un objeto flotará o se hundirá en un fluido.

Densidad

La fórmula para calcular la densidad es:

Densidad (ρ) = Masa (m) / Volumen (V)

El símbolo "ρ" (rho) representa la densidad. Las sustancias con una densidad mayor que el líquido tienden a hundirse, mientras que las sustancias con una densidad menor tienden a flotar.

Volumen y desplazamiento

Cuando un objeto se sumerge en un fluido, desplaza un volumen de ese fluido. Según el principio de Arquímedes, el volumen del fluido desplazado está directamente relacionado con la fuerza de flotación. Puede expresarse como:

Fuerza de flotación = Densidad del fluido * Gravedad * Volumen desplazado

donde la gravedad representa la aceleración debida a la gravedad, que es de aproximadamente 9.8 m/s² en la superficie de la Tierra.

Calculando con el principio de Arquímedes

Veamos un ejemplo de cómo usar el principio de Arquímedes para calcular si un objeto flotará o se hundirá:

Ejemplo de problema

Un cubo con una densidad de 0.6 g/cm³ y un volumen de 100 cm³ se coloca en agua. ¿Flotará o se hundirá?

Solución:

  1. Encuentre el peso del cubo: 
    Peso = Densidad * Volumen * Gravedad = 0.6 g/cm³ * 100 cm³ * 9.8 m/s² = 588 gramos-fuerza
  2. Dado que la densidad del cubo (0.6 g/cm³) es menor que la densidad del agua (1 g/cm³), el cubo desplaza 100 cm³ de agua.
  3. Calcule la fuerza de flotación: 
    Fuerza de flotación = Densidad del agua * Volumen de agua desplazada * Gravedad = 1 g/cm³ * 100 cm³ * 9.8 m/s² = 980 gramos-fuerza

Dado que la fuerza de flotación (980 g-fuerza) es mayor que el peso del cubo (588 g-fuerza), el cubo flotará.

Aplicaciones del principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes tiene aplicaciones en una variedad de campos y tecnologías:

Diseño de barcos

Los ingenieros diseñan barcos usando el principio de Arquímedes para asegurar que floten. Al crear una forma de casco que desplace suficiente agua para equilibrar el peso del barco, se asegura que el barco permanezca a flote.

Submarinos

Los submarinos pueden flotar o hundirse ajustando su flotabilidad. Tienen tanques de lastre que pueden llenarse de aire o agua. Cuando los tanques se llenan de agua, el submarino se vuelve más denso y se hunde. Por el contrario, cuando los tanques se llenan de aire, el submarino se vuelve menos denso y asciende.

Globos aerostáticos

Este principio también se aplica a los gases, aunque no a los líquidos. Los globos aerostáticos se elevan porque el aire dentro del globo se calienta, haciéndolo menos denso que el aire frío del exterior. La fuerza de flotación actúa hacia arriba, haciendo que el globo flote en el aire.

Conclusión

El principio de Arquímedes es un concepto simple pero poderoso que explica por qué los objetos flotan o se hunden. Es un principio fundamental utilizado en muchos aspectos de la ciencia y la ingeniería. Entenderlo no solo nos ayuda a apreciar las maravillas de la física, sino que también guía la aplicación de estos principios en el mundo real, impactando nuestra comprensión de la tecnología, el transporte y la naturaleza.


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