Saludos estimados amigos de steemit.
Cuando le hablaba a un grupo de estudiantes sobre las propiedades de los líquidos, recordé el experimento con alcohol y aceite que es básicamente un juego con la densidad y que pone de manifiesto el principio de Arquímides, con el propósito de sorprenderles para que buscaran la explicación de cómo era posible que la gota de aceite quedara suspendida en el interior de otro líquido, como levitando.
Gota de aceite levitando en el interior de otro líquido. Fuente: @emiliomoron.
Seguro que todos hemos observado que al introducirnos en una bañera el nivel del agua se eleva, así como ocurre al introducir cualquier objeto en un recipiente lleno de cualquier líquido, si el objeto es más denso que el agua este se hunde y ocupa un espacio en el interior del líquido, desplazando una cantidad de líquido equivalente a su volumen, haciendo que el nivel aumente.
Existe otro fenómeno que resulta un poco menos evidente, pero que si lo podemos sentir en cuerpos que se encuentran sumergidos; quizás al entrar a una piscina hayan tenido la sensación de pesar menos, incluso resulta más muy fácil impulsarse fuera de la piscina, o que es más fácil mover objetos cuando están en el agua que cuando están fuera de ella. Esto es posible porque un cuerpo que se encuentra total o parcialmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje en dirección contraria a su peso, esta fuerza de empuje es lo que determina la flotabilidad de un cuerpo, y es lo que hace que un cuerpo parezca más ligero en el agua.
Fuerzas que actuan sobre un cuerpo sumergido. Fuente: @emiliomoron.
Este fenómeno de flotación se debe a que cuando un cuerpo se encuentra sumergido dentro de un líquido, el líquido ejerce presión sobre las paredes del cuerpo. Las fuerzas que actúan de forma lateral se equilibran entre sí, ya que tienen el mismo valor a la misma profundidad, pero esto no ocurre con las fuerzas que actúan sobre la parte superior e inferior, por un lado el peso del cuerpo lo empuja hacia abajo, y por el otro, la fuerza de empuje aplicada por el líquido lo lleva hacia arriba. Y como a mayor profundidad la presión es mayor, las fuerzas ejercidas en la parte inferior son mayores que las ejercidas en la parte superior, por lo que la resultante de estas dos fuerzas está dirigida hacia arriba, tendiendo a impedir que el cuerpo se hunda.
Entonces, como el volumen del cuerpo sumergido es igual al volumen de fluido desplazado, la fuerza de empuje tiene una magnitud igual al peso al peso del líquido desplazado por el objeto sumergido expresado como ρ.V.g.
Este empuje que experimentan los cuerpos fue estudiado por el científico griego Arquímedes de Siracusa y recibe el nombre de Principio de Arquimedes en su honor, este principio expresa que:
"Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja."[1]
Por lo que la densidad del fluido también es importante, ya que mientras más denso sea el líquido, mayor masa tendrá por unidad de volumen, y el empuje será mayor.
Para poner a prueba el principio hemos tomado tres tubos de ensayo. En uno de ellos colocaremos una porción de agua y sobre ella una gota de aceite, en el segundo agregaremos metanol y una gota de aceite; y en el tercero, colocaremos primeramente una porción de agua seguida de una gota de aceite y por ultimo una porción de alcohol (debemos tener la precaución de agregarlos cuidadosamente para no agitar el contenido del recipiente y que la gota de aceite se pegue a las paredes del tubo).
El resultado:
Gota de aceite en: 1) agua, 2) metanol y 3) mezcla alcohol-agua. Fuente: @emiliomoron.
Notaremos que en el primer tubo el aceite flota sobre el agua, en el segundo la gota de aceite se hunde en el líquido, y en el tercero observaremos la gota de aceite sumergida en el líquido sin llegar a hundirse, como levitando en su interior.
Este es un juego de densidades: el agua posee mayor densidad que el aceite, que a su vez es más denso que el metanol. Así, el aceite flota sobre el agua en el primer recipiente, pero se hunde si lo agregamos sobre alcohol (segundo recipiente); en el caso del tercer recipiente lo que observamos es el efecto combinado de los dos primeros, formando una gota que ni flota ni se hunde. En el tercer recipiente al agregar el alcohol progresivamente sobre el agua se obtiene una mezcla con una densidad similar a la del aceite, y por el principio de Arquímedes las fuerzas que actúan sobre él se equilibran, produciendo que el cuerpo flote en equilibrio en su interior.
Gota de aceite en equilibrio en el interior del líquido. Fuente: @emiliomoron.
El principio de Arquímides se aplica a cuerpos de cualquier densidad, así, dependiendo de la densidad, es posible determinar el comportamiento del objeto al estar sumergido en un fluido, pudiendo ser:
1) si el cuerpo es más denso que el fluido en el cual se encuentra sumergido, el cuerpo se hundirá.
2) Si el cuerpo es menos denso que el fluido en el cual se encuentra sumergido, el cuerpo flotará en la superficie.
3) Si la densidad del cuerpo es igual a la densidad del fluido en el cual se encuentra sumergido, el cuerpo ni flotará ni se hundirá, permanecerá en equilibrio en cualquier parte del fluido.
En este experimento también se pone de manifiesto el efecto que tiene la tensión superficial para dar forma a los líquidos. Generalmente la gravedad produce que los líquidos adopten la forma del recipiente que los contiene, pero al estar sumergido en el interior de otro líquido de la misma densidad, su peso se equilibra con el empuje, y dada la tendencia de minimizar la tensión sobre la superficie,provoca que la gota de aceite adopte la forma esférica que se observa en la imagen.
Algunas de las aplicaciones del principio de Arquímedes son la flotación de los barcos, los submarinos y los salvavidas. Los grandes y pesados barcos flotan por que están diseñados para que su parte sumergida desplace un volumen de agua cuyo peso es mayor que el peso del barco. Igualmente un submarino normalmente flota, pero los submarinos pueden variar su peso dejando ingresar agua en los tanques de lastre, controlando así su densidad y con ello su flotabilidad. Y cuando nos colocamos un salvavidas podemos aumentar el volumen sin agregar mucho peso, reduciendo la densidad total del conjunto produciendo que podamos flotar con facilidad.
Bueno amigos, hasta aquí el presente post, espero que hayan encontrado interesante la información y pongan a prueba este sencillo experimento que deja en evidencia los principios mostrados, ¡hasta la próxima!
Referencias
1. Wikipedia.com. Principio de Arquímedes.
2. Enciclopaedia Britannica. Archimedes`principle.
Si desean consultar otros artículos de calidad en áreas de Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas (STEM, por sus siglas en inglés) en nuestro idioma español pueden hacerlo visitando la etiqueta #stem-espanol, también puedes realizar tus aportes, para ello revisa los criterios de curación y además la normativa para el uso de imágenes en la siguiente publicación: https://steemit.com/stem-espanol/@stem-espanol/presentacion-stem-espanol.
¡Felicitaciones!
Estás participando para optar a la mención especial que se efectuará el domingo 2 de junio del 2019 a las 8:00 pm (hora de Venezuela), gracias a la cual el autor del artículo seleccionado recibirá la cantidad de 1 STEEM transferida a su cuenta.
¡También has recibido 1 ENTROKEN! El token del PROYECTO ENTROPÍA impulsado por la plataforma Steem-Engine.
Te participamos que puedes invertir en el PROYECTO ENTROPÍA mediante tu delegación de Steem Power y así comenzar a recibir ganancias de forma semanal transferidas automáticamente a tu monedero todos los lunes. Entra aquí para más información sobre cómo invertir en ENTROPÍA.
Contáctanos en Discord.
Apoya al trail de @Entropia y así podrás ganar recompensas de curación de forma automática. Entra aquí para más información sobre nuestro trail.
Puedes consultar el reporte diario de curación visitando @entropia.
Atentamente
El equipo de curación del PROYECTO ENTROPÍA
Gracias equipo de @entropía!
Arquímedes en su máxima expresión :P
Así es amigo @carloserp-2000, la máxima de Arquímides y aplicada a una gota de aceite. Gracias por el apoyo!
This post has been voted on by the SteemSTEM curation team and voting trail. It is elligible for support from @curie and @utopian-io.
If you appreciate the work we are doing, then consider supporting our witness stem.witness. Additional witness support to the curie witness and utopian-io witness would be appreciated as well.
For additional information please join us on the SteemSTEM discord and to get to know the rest of the community!
Please consider setting @steemstem as a beneficiary to your post to get a stronger support.
Thanks for having used the steemstem.io app. You got a stronger support!
Many thanks for the support @steemstem!!
Hi @emiliomoron!
Your post was upvoted by Utopian.io in cooperation with @steemstem - supporting knowledge, innovation and technological advancement on the Steem Blockchain.
Contribute to Open Source with utopian.io
Learn how to contribute on our website and join the new open source economy.
Want to chat? Join the Utopian Community on Discord https://discord.gg/h52nFrV
Congratulations @emiliomoron! You have completed the following achievement on the Steem blockchain and have been rewarded with new badge(s) :
You can view your badges on your Steem Board and compare to others on the Steem Ranking
If you no longer want to receive notifications, reply to this comment with the word
STOPVote for @Steemitboard as a witness to get one more award and increased upvotes!