Cambio de fuerza sin alteración de masa o aceleración

Un tanque de agua puesto a escala midiendo 50 k gramo , dentro del tanque un globo completamente sumergido atado con un hilo al fondo del tanque.

Si se cortó el hilo, ¿habrá una lectura diferente en la escala (momentáneamente hasta que el globo llegue a la superficie)?

Creo que las fuerzas hacia abajo no son solo la masa sino la presión del agua en el fondo del tanque multiplicada por el área. Un globo sumergido provocará el desplazamiento y elevará el nivel del agua, por lo tanto, la presión total del fondo del tanque, que se puede observar durante el proceso de sumergir el globo y hasta que lo ate al fondo del tanque, solo entonces la fuerza de flotación cancelará la presión añadida hasta ese hilo esta cortado.

¿Cuál es exactamente su pregunta?
¿aumentará la fuerza sobre la balanza, a pesar de que la masa del agua sea la misma?

Respuestas (3)

El tanque de agua tiene fuerzas sobre él solo de la gravedad y la escala (ignorando la presión del aire/los efectos de la flotabilidad en la atmósfera). Dado que ninguna masa sale del tanque, la atracción gravitatoria total sobre él debe ser constante.

Eso deja sólo la escala. Cualquier cambio en la fuerza normal de ella aceleraría el tanque.

En el momento en que se corta la cuerda, el globo comienza a acelerar. Presumiblemente, alcanzaría una velocidad casi constante a medida que aumenta la resistencia hasta llegar a la superficie. Pero el espacio ocupado por el globo se reemplaza con agua. El resultado neto de estos cambios es que el centro de masa del tanque se mueve hacia abajo mientras que el globo se mueve hacia arriba.

Entonces, momentáneamente después de cortar la cuerda, la escala será un poco más ligera a medida que el COM acelera hacia abajo. Luego volverá al peso estático inicial a medida que el globo asciende a velocidad constante. Cuando el globo alcance la superficie, la escala se mostrará ligeramente más alta a medida que el COM se desacelera hasta detenerse.

Creo que las fuerzas hacia abajo no son solo la masa sino la presión del agua en el fondo del tanque multiplicada por el área.

(Nuevamente, suponiendo que estamos ignorando los efectos de la presión del aire aquí) la masa del agua es lo que genera la presión. Mientras tengamos en cuenta todas las masas, no tenemos que preocuparnos por la presión por separado.

El enfoque del centro de masa es una forma muy agradable e intuitiva de abordar este problema. Incluso puedes invertir todo el problema, presentándolo como si se soltara un globo de agua desde la parte superior de un tanque lleno de aire, para ver el mismo efecto en la escala. Esto puede ser aún más intuitivo, ya que corresponde a la conocida sensación de estar en un ascensor que arranca/para: a medida que el ascensor comienza a descender, temporalmente tienes un peso aparente más bajo.
Aunque creo que se tarda un minuto en verlo. Al dejar caer un globo lleno de agua, no es demasiado difícil darse cuenta de que hay una desaceleración cuando se estrella contra el suelo. Es muy fácil pasar por alto lo mismo que sucede con el agua en el tanque cuando el globo de aire se eleva y llega a la superficie.

Asi no es como funciona esto. No suma la presión al peso porque la presión del agua aplicada en el piso del contenedor ES su peso, y de hecho, si calcula la fuerza total, es decir, multiplica la presión ρ gramo h para la superficie de la base, suponga que obtiene un contenedor paralelepípedo rectangular ρ h A gramo h ⋅ A es el volumen V y ρ V es la masa tan metro gramo con es de hecho el peso. La forma correcta de pensarlo es usar el principio dinámico e imponer que la suma de la fuerza sobre un cuerpo en reposo sea cero. En este caso la única fuerza a la que se somete el agua es su peso, por lo que la fuerza que aplica la báscula debe ser incluso igual al peso. Cuando cortas el hilo, el globo acelera hacia arriba, por lo que hay una fuerza que el agua aplica sobre él y la fuerza opuesta que el globo aplica sobre el agua dirigida hacia abajo (tercera ley), por lo que el peso medido en la balanza aumentará. La cantidad del aumento depende del volumen del cuerpo: ρ V gramo , dónde ρ es la densidad del agua y V el volumen del globo.

No sumé el peso del agua a la presión total que causa en el piso. En mi opinión, serán 2 cosas diferentes en este caso. si fuerzo un globo en el agua, la báscula dará una lectura más alta a pesar de que no hay contacto entre el globo y la báscula, el aumento en la lectura es el resultado directo del aumento del nivel del agua. en otras palabras, la fuerza que ejercí con mi mano se traduce en desplazamiento y se suma a la lectura
Pero no es así, por lo que dices si cambiamos la forma del recipiente dejando invariable la cantidad de agua y el globo el valor en la escala cambiaría, porque si tomamos un recipiente con una superficie mayor entonces el nivel de el agua aumentará menos que con un recipiente con una superficie de base más pequeña. El cambio de escala dependerá de la fuerza que apliques para mantener el globo bajo el agua, que depende de su volumen, y no de cuánto suba el nivel del agua.
la forma no importará, un pequeño cambio en el nivel del agua se multiplicará por un área grande o un cambio grande en el nivel del agua se multiplicará por un área pequeña. haz 2 ejemplos y pruébalo
Sí, eso es cierto, y de hecho significa que estás considerando el volumen y no el nivel (el aumento de nivel multiplicado por superficie da aumento de volumen), el aumento en el volumen es igual al volumen de los globos, lo que lleva al cálculo en mi respuesta. Puedes pensar así si quieres, pero la forma más directa de pensar es a través de las fuerzas y el peso y no a través de la presión, incluso porque la presión en realidad es causada por el peso. Si desea hacer el cálculo a través de la presión, necesita conocer la forma, ya que, como dijo, necesita multiplicar para obtenerla.
sí, me gustaría hacerlo a través de la presión y la forma, puedo elegir una forma específica y comenzar desde allí. el peso es solo masa x G y eso no cambiará. pero si calculamos a través de la presión, mostrará un cambio. Piense en un tanque de agua de 30 x 30 x 30 cm de altura, la presión sería de 30 g/cm, la presión total sería de 27 000 g (27 kg). sumerja en un globo de 900 cm, el nivel del agua subirá 1 cm, la presión en el suelo será de 31 g/cm. la presión total será de 28.000 g. si suena extraño, piense en el concepto que dice que la fuerza centrífuga no es una fuerza real, pero existe y afecta muchas cosas
Como dije, puedes hacerlo así teniendo en cuenta la forma, aunque con mi método no necesitas la forma, cuando mantienes el globo bajo el agua, digamos con la mano, básicamente estás aplicando una fuerza al agua. , y esa es la fuerza que causa la diferencia en la escala ya que debe compensarla, y en terminos matematicos mi formula da el resultado correcto.

Esta respuesta se superpondrá con las anteriores. Al cortar el hilo caerá una masa de agua igual al volumen, por lo que el peso indicado bajará en esta cantidad. Si el globo puede salir a la superficie sin fricción, la báscula seguirá mostrando este peso hasta que el agua toque el agua restante. Habrá acelerado, por lo que la báscula indicará un peso mayor (rebasamiento) hasta que esta energía cinética se haya disipado y convertido en calor. Dado que un globo siente un poco de fricción cuando escapa, este sobreimpulso probablemente esté ausente y el peso se recuperará gradualmente a su valor inicial.

Se ignoran la variación de la gravedad con la altura y el aumento de la temperatura del agua que se suma a su masa...

Cambio de fuerza sin alteración de masa o aceleración
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