¿La flotabilidad ejerce la misma o diferente fuerza hacia arriba sobre dos objetos de forma diferente pero del mismo volumen?

¿Por qué considera que el fondo plano es 'más eficiente'? Suponga que tiene un objeto hemisférico; según su lógica, la flotabilidad dependería de si el objeto estaba en el agua con su superficie plana o curva hacia arriba, y tal vez si la superficie plana estuviera orientada verticalmente, el efecto de la superficie 'más eficiente' sería mover el objeto hacia los lados.

Matemáticamente, cuando integras la presión sobre la superficie que encierra un volumen, el resultado depende solo del volumen encerrado y no de la forma de la superficie.

¡Buena pregunta!

El principio de Arquímedes nos dice que la fuerza de flotación, o la fuerza ejercida por el fluido sobre un objeto sumergido, es igual al peso del volumen de líquido desplazado por él (que no es más que el volumen del propio objeto). Puedes calcular la fuerza de flotación reemplazando el objeto con un volumen equivalente de agua y luego calculando su peso.

¿Es que dado que ambos objetos tienen el mismo volumen, todas las fuerzas hacia arriba y hacia abajo en cada objeto se igualan y, por lo tanto, la fuerza de flotación promedio es la misma independientemente de la forma o la orientación del objeto en el agua?

si _ La fuerza de flotación depende solo del volumen del objeto, ya que el agua solo 've' el volumen del objeto sumergido.

La fuerza sobre el cubo y la esfera puede no ser idéntica en ningún punto en particular, pero siempre sumarán el mismo valor, igual a$\rho_wVg$.

¿Qué quiero decir con eso? Quiero decir que si tomas la distribución exacta de la fuerza de flotación en la superficie de la esfera, se verá completamente diferente a la del cubo. Pero si integras las componentes de estas fuerzas sobre toda la superficie, siempre llegarás al mismo valor. Entonces, la fuerza de flotación no cambia si el objeto sumergido es un cubo, una esfera o un ser humano.

Esta es una observación interesante porque nos permite ignorar las complejidades de la forma del objeto mientras calculamos su volumen, fuerza de flotación y peso. Si no lo hubiéramos hecho, habría resultado ser un ejercicio arbitrariamente desafiante (y mucho más interesante). Esta es la razón exacta por la que encuentro interesante el principio de Arquímedes. Muestra cómo podemos abordar fácilmente algunos problemas aparentemente complejos simplemente viéndolos de manera diferente.

Si está interesado en saber más acerca de cómo funciona el principio de Arquímedes en primer lugar, imagine un unicornio de agua (una versión del unicornio hecho de agua) sumergido en una tina de agua. Es decir, tenemos una tina de agua estacionaria. ¿Cuáles son todas las fuerzas que actúan sobre el unicornio de agua?

Observe que el unicornio de agua no se hunde (¡porque es solo agua!). Entonces debe haber alguna fuerza igual y opuesta al peso del unicornio de agua. No nos importa qué fuerzas existen o sobre dónde actúan. Lo único que realmente importa es que las fuerzas impidan que el unicornio de agua se hunda, por lo que deben sumar$\rho_wVg$. Es a la resultante de estas fuerzas a la que nos referimos como flotabilidad. En otras palabras, la fuerza de flotación siempre actúa hacia arriba en el centro de masa del unicornio de agua y tiene una magnitud de$\rho_wVg$. Tenga en cuenta que incluso si nuestro unicornio se enrosca en una bola o un cubo o se da la vuelta, su peso no cambiará , por lo que tampoco lo hará la flotabilidad.

Ahora imagina que el unicornio de agua se transformó mágicamente en un unicornio normal.

La fuerza de flotación del agua permanece igual, pero ahora el peso del unicornio es significativamente menor que el del unicornio de agua (porque$\rho_u<\rho_w)$. Esto significaría que las dos fuerzas no se cancelan y habrá una fuerza ascendente neta que impulsaría al unicornio hacia arriba.

¿Y si nuestro unicornio se transforma en un unicornio de hierro? Su peso sería mayor que el peso del unicornio de agua (porque$\rho_u>\rho_w$), y habrá una fuerza neta hacia abajo que lo haría hundirse.

En resumen, la fuerza de flotación no depende del material que constituye el unicornio. Solo depende del peso del unicornio de agua, que es independiente de la forma u orientación del unicornio.

También puedes ver que el único factor que decide si un objeto se hunde o flota es su densidad promedio. Por eso podemos usar a Arquímedes para separar el oro puro del oro impuro y las buenas semillas de las malas semillas.

Mi opinión es que, dado que el cubo está orientado en el agua de manera que la superficie plana del fondo es horizontal, parece que el cubo experimentaría una mayor fuerza hacia arriba en comparación con la superficie de fondo redondo. superficie de la esfera.

La fuerza de flotación no tiene nada que ver con la forma o la orientación del objeto. Sólo está determinada por el peso del agua desplazada.

Esto se me ocurre: ¿es que, dado que ambos objetos tienen el mismo volumen, todas las fuerzas hacia arriba y hacia abajo en cada objeto se igualan y, por lo tanto, la fuerza de flotación promedio es la misma independientemente de la forma o la orientación del objeto en el agua?

Se garantiza que la fuerza de flotación sea la misma para ambos objetos solo mientras ambos se mantengan sumergidos, a menos que la densidad (y, por lo tanto, el peso) de ambos objetos sea la misma. De lo contrario, la fuerza de flotación hacia arriba sobre cada objeto dependerá de la densidad de cada objeto en relación con la densidad del agua.

Un objeto que tenga una densidad menor que el agua se elevará hasta que el peso del agua correspondiente a la porción del volumen que queda sumergido sea igual al peso del objeto, en cuyo punto la fuerza hacia abajo del peso será igual a la fuerza de flotación hacia arriba. Pero esa fuerza de flotación hacia arriba será menor que la del objeto completamente sumergido.

Un objeto que tenga una densidad igual al agua flotará completamente sumergido. El peso hacia abajo del objeto es exactamente igual a la fuerza de flotación hacia arriba (peso del volumen del agua desplazada).

Finalmente, un objeto que tenga una densidad mayor que el agua se hundirá porque su peso hacia abajo es mayor que la fuerza de flotación máxima hacia arriba.

Espero que esto ayude.

ingrese la descripción del enlace aquí

ingresa la descripción del enlace aquí Si tomas un cilindro hueco y lo arrojas al agua, flotará y se colocará horizontalmente. Experimentará la misma fuerza de flotación en cualquier dirección que lo oriente (digamos que lo sujeta en un tubo de malla vertical) porque desplazará el mismo volumen de agua. Pero la energía potencial estará en su punto más bajo con el cilindro en posición horizontal. Debe trabajar en él para que flote en posición vertical, a pesar de que la fracción de agua que se desplaza es la misma. Puede parecer que la orientación y la forma tienen un efecto sobre el empuje hacia arriba cuando en realidad no es así.