fórmula de empuje

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fórmula de empuje

La flotabilidad es la fuerza que ejercen los fluidos sobre cuerpos sumergidos, total o parcialmente. También conocido como teorema de Arquímedes.

La presión del fluido sobre el cuerpo produce una fuerza neta en la dirección del peso pero en la dirección opuesta, de abajo hacia arriba.

La fórmula para calcular el empuje es:

Dónde:

MI, es el módulo de empuje, medido en Newtons (N);

df es la densidad del fluido, medida en kg / m³;

Vf es el volumen de fluido desplazado, medido en m³;

gramo, es la aceleración de la gravedad, medida en m / s².

La fuerza del empuje es igual al peso del volumen de fluido desplazado y actúa sobre el centro de gravedad de ese volumen.

La flotabilidad es el producto de tres valores: densidad de fluido, volumen de fluido desplazado y aceleración de la gravedad.

la densidad es una característica del fluido. Hay tablas que proporcionan valores de densidad para varios fluidos.

Para agua a 4 ° C, la densidad es 1 g / cm³ o 1000 kg / m³.
Para el aire, a 20 ° C y 1 atmósfera de presión, la densidad es 0,0012 g / cm³ o 1,2 kg / m³.

El volumen de fluido desplazado depende de la geometría del cuerpo y de si está total o parcialmente sumergido. Cuanto mayor es el volumen del cuerpo, más líquido expulsa, por lo que mayor es el empuje.

la aceleración de la gravedad es de aproximadamente 9,81 m / s².

Ejemplo:

Un cuerpo tiene la forma de un paralelepípedo con un volumen de 2 m³ y estaba completamente sumergido en un líquido con una densidad de 900 kg / m³. Considerando la aceleración debida a la gravedad igual a 9,81 m / s², calcule la fuerza de la fuerza de flotación que actúa sobre el cuerpo.

Datos:
Vf = 2 m³;
gl = 900 kg / m³
g = 9,81 m / s²

Aplicar la fórmula de flotabilidad

E = gl. Vf. gramo
E = 900. 2. 9,8
E = 17 640 N

La fórmula de flotabilidad

Si el módulo de empuje (E) es igual al peso del fluido desplazado (Pf), tenemos:

E = Pf (ecuación 1)

El peso es igual al producto de la masa por la aceleración de la gravedad, Pf = mf. gramo. Reemplazo en 1:

E = mf. g (ecuación 2)

En la relación de densidad, df = mf / Vf, podemos aislar la masa del fluido y decir que es igual a la densidad del fluido, multiplicada por el volumen de fluido desplazado.

mf = gl. Vf

Sustituyendo en la ecuación 2, tenemos la ecuación de empuje:

E = gl. Vf. gramo

Obtenga más información sobre el teorema de Arquímedes.

Ejercicio 1

Un cuerpo que tiene un peso de 200 N se sumergió en agua. Se encontró que, una vez sumergido, su peso era de 120 N. Con base en esta información y considerando la densidad del agua igual a 1000 kg / m³ y la aceleración de la gravedad igual a 9,8 m / s², calcular:

a) El empuje recibido por el cuerpo.
b) El volumen del cuerpo.

a) El empuje será igual a la diferencia entre su peso fuera del agua y su peso en el agua.

Flotabilidad = Peso fuera del agua – Peso en agua (peso aparente)

Empuxo = 200 N – 120 N = 80 N.

b) El volumen del cuerpo.

El volumen del cuerpo es igual al volumen de líquido desplazado.

Usando la fórmula de flotabilidad:

E = Vf. df. gramo

Aislar Vf y reemplazar valores conocidos:

Ejercicio 2

(Fuvest – SP). Un ladrillo tiene una masa igual a 2 kg y un volumen igual a 1 000 cm³.

a) Determine la densidad del ladrillo.
b) Calcule el peso aparente del ladrillo cuando está completamente sumergido en agua.

Datos: g = 10 m / s² y densidad del agua = 1,0 g / cm³

a) Determine la densidad del ladrillo.

Yo g / cm³

2 kg = 2000 g

Me kg / m³

Pasando el volumen de ladrillo de cm³ a ​​m³
1000 cm³ = 0,001 m³

calcular la densidad

b) Calcule el peso aparente del ladrillo cuando está completamente sumergido en agua.

El peso aparente es la diferencia entre el peso real y el empuje.

Peso aparente = peso real – empuje

calculando el empuje
E = gl. Vf. gramo
E = 1,0. 0,001. 10 = 0,01 N

Calculando o peso real
P = m. gramo
P = 2 kg. 10 m / s²
P = 20 m / s²

Ahora podemos calcular el peso aparente

Peso aparente = peso real – empuje
Peso aparente = 20 – 10 = 10 N

Por tanto, el peso aparente es de 10 N.

Ejercicio 3

(Enem 2010). Durante las obras de construcción de un club, un grupo de trabajadores tuvo que quitar una enorme escultura de hierro colocada en el fondo de una piscina vacía. Cinco trabajadores ataron cuerdas a la escultura e intentaron levantarla, sin éxito.

Si la piscina está llena de agua, será más fácil para los trabajadores quitar la escultura, ya que el

a) la escultura flotará, por lo que los hombres no necesitarán ejercer fuerza para quitar la escultura de la parte inferior.

b) la escultura será de menor peso. De esta forma, la cantidad de fuerza necesaria para levantar la escultura será menor.

c) el agua ejercerá una fuerza sobre la escultura proporcional a su masa, y hacia arriba. Esta fuerza se sumará a la fuerza que utilizan los trabajadores para cancelar la acción de la fuerza del peso de la escultura.

d) el agua ejercerá una fuerza hacia abajo sobre la escultura y recibirá una fuerza hacia arriba desde el piso de la piscina. Esta fuerza ayudará a contrarrestar la acción de la fuerza del peso sobre la escultura.

e) el agua ejercerá una fuerza sobre la escultura proporcional a su volumen y hacia arriba. Esta fuerza se sumará a la fuerza que ejercen los trabajadores y puede resultar en una fuerza hacia arriba mayor que el peso de la escultura.

Respuesta correcta: e) el agua ejercerá una fuerza sobre la escultura proporcional a su volumen y hacia arriba. Esta fuerza se sumará a la fuerza que ejercen los trabajadores y puede resultar en una fuerza hacia arriba mayor que el peso de la escultura.

Explicación

Un fluido ejerce una fuerza ascendente (de abajo hacia arriba) sobre los cuerpos sumergidos, llamada flotabilidad. La intensidad de esta fuerza es proporcional al peso del fluido desplazado.

Esta cantidad de líquido desplazado es igual al volumen del cuerpo que se sumergió. Esta fuerza es, por tanto, proporcional al volumen del cuerpo, ya que cuanto mayor es el volumen, mayor es la cantidad de líquido desplazado.

Es posible que esta fuerza sumada a la fuerza que ejercen los trabajadores, sea mayor que el peso de la estatua.

Estudia con ejercicios de:
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