Pregunta sobre la fuerza de flotación que afecta la medición de masa

Considere pesar un recipiente lleno hasta el borde con agua y una bola sólida al lado para obtener metro 1 . Esa masa está formada por la masa de las bolas, la masa de los recipientes y la masa del agua.

Ahora coloque la pelota en el recipiente con agua, de modo que un volumen V de agua rebosa el recipiente y la pelota se hunde hasta el fondo. Ahora mida la masa nuevamente para obtener metro 2 . ahora obviamente metro 2 va a ser menos que metro 1 para la masa del agua desbordada que establece la relación metro 2 = metro 1 − ρ V dónde ρ es la densidad del agua.

Sin embargo, mi pregunta es esta. Si medimos la masa midiendo el peso a través de la fuerza normal, entonces, cuando coloquemos la pelota dentro del recipiente de agua, habrá una fuerza de flotación que disminuirá la fuerza normal sobre la propia pelota. Por lo tanto, además del agua desbordada, ¿no debería haber también una aparente pérdida de masa (disminución de peso) debido a la fuerza de flotación? Escuché que "la fuerza de flotabilidad vendrá en un par de acción-reacción que no tiene efecto en la escala". Sin embargo, ¿por qué no afecta la escala?

En pocas palabras, ¿por qué la fuerza de flotación ejercida por un fluido sobre los cuerpos en su interior (flotantes o no) no afecta la medición de masa del fluido con los cuerpos en él?

Respuestas (1)

He llegado a una explicación pensando más en esta pregunta. El quid es analizar cuidadosamente qué fuerzas actúan sobre qué cuerpos. Dado que estamos considerando un caso en el que una pelota descansa en el fondo de un recipiente lleno de agua, hay tres fuerzas en juego aquí: el peso de la pelota, la fuerza de flotación y la fuerza normal.

Ahora veamos qué fuerzas actúan sobre qué. El peso de la pelota es solo atracción gravitacional, por lo que obviamente actúa sobre la pelota, pero dado que la pelota está en contacto con el recipiente, el peso de la pelota también se transfiere al recipiente. La flotabilidad actúa solo sobre la pelota, y la fuerza normal también actúa solo sobre la pelota.

Ahora usemos la segunda ley de Newton para la pelota, es decir, teniendo en cuenta solo las fuerzas que actúan sobre la pelota.

metro gramo = F norte + F B
dónde F norte es la fuerza normal y F B es la fuerza de flotabilidad. No hay problema con esto. Sin embargo, si limitamos nuestra observación del caso solo a la pelota, entonces uno podría preguntarse: "Bueno, obviamente de esa ecuación podemos deducir que la fuerza normal es menor de lo habitual, entonces, ¿por qué la fuerza de flotación no afecta la masa/peso?" ¿medición?" Y eso es exactamente lo que me confundió. La solución simple a esto es recordar que el peso de la pelota no solo actúa sobre la pelota misma sino también sobre el recipiente ya que la pelota está en contacto con él. Por lo tanto, si el recipiente está apoyado sobre una balanza, la suma de las fuerzas debe ser cero, es decir, debe existir una fuerza normal que contrarreste el peso de la pelota que empuja el recipiente hacia abajo. Y esa fuerza, como ahora es evidente, no puede ser otra cosa que el propio peso de la pelota.

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