Problema de flotabilidad: cubos en el agua

Tengo un tanque con agua (10 m de altura), con un sello ideal en la parte inferior (el agua no puede caer, pero puede entrar en los cuerpos).

Tengo un sistema de 6 cubos (de poliestireno densidad= 20 Kg/m^3) de dimensión 1x1x1 m. Estos cubos están conectados con una cuerda (volumen despreciable). Están en columna vertical, y están todos sumergidos excepto uno, que está en la parte inferior.

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Entonces, hay una fuerza de flotación (los 5 cubos) que tirarán hacia arriba, las fuerzas de peso de los cubos (volumen y peso de la cuerda insignificantes) que van hacia abajo, y la fuerza opuesta en la parte inferior, en el sello del cubo que está fuera. . Esta fuerza es causada por la columna de agua.

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El resultado de todas estas fuerzas no permite que el cubo inferior penetre por completo (caso imposible). ¿Es suficiente la fuerza de flotación para levantar el cubo inferior hacia el agua, dado que la columna de agua está presionando el sello? Si el cubo se levanta, ¿hasta dónde?

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Aquí hay una animación de 11 segundos de los cubos en el agua .

Gracias EnergyNumbers, muy amable. Aquí está el enlace: IMAGEN 1 i39.tinypic.com/30ic4s6.jpg IMAGEN 2 i43.tinypic.com/mwuopj.jpg y un video también youtube.com/watch?v=JrhurV3pp1I
Bien Energía. Gracias por la paciencia y explicar cómo va en este foro. Agregaré, mi camino, pero creo que me equivocaré.
Está bien: estamos aquí para explicarnos los conceptos unos a otros: así que si establece sus cálculos, podemos ver dónde, si es que en alguna parte, se está equivocando, y establecer los conceptos correctos para que pueda obtener el cálculo. bien.
Aquí Energía, ¡gracias!: oi39.tinypic.com/2vd0ht4.jpg
Tengo 3 imágenes más. Un caso real, ¿te convence este cálculo? IMAGEN1 oi43.tinypic.com/2yukin5.jpg IMAGEN2 oi40.tinypic.com/2vdi7ub.jpg IMAGEN3 oi40.tinypic.com/nf5u13.jpg

Respuestas (1)

No, la flotabilidad de los cubos superiores nunca puede ser suficiente para comenzar a tirar del cubo inferior al agua.

Tenga en cuenta que solo las presiones en las superficies superior e inferior de los cubos son relevantes. Para cada cubo en el agua, la diferencia de esta presión está relacionada con la altura del cubo, ya que cada cubo tiene la misma sección transversal horizontal. Por lo tanto, la fuerza de flotación total de la hilera de cubos es proporcional a la altura total de todos los cubos flotantes. Sin embargo, la presión hacia abajo en la cara superior del cubo que intenta entrar en la parte inferior es la altura total de la columna de agua. Esto es claramente más que la altura total de todos los cubos y nunca puede ser menor que la altura de todos los cubos flotantes.

Este es uno de los conceptos de "energía libre" que aparecen regularmente. Por lo general, lo tienen "casi funcionando", solo necesitan financiación para perfeccionar el sellado inferior. Parece que siempre habrá un suministro de personas que no prestaron atención en la clase de física.

Aquí mi cálculo. El cubo nunca penetrará totalmente. ¿Pero penetrará un poco? ¿Quién puede... puedes poner esta imagen en la publicación? i39.tinypic.com/2vd0ht4.jpg
Olín. Gracias. No estoy interesado en la energía libre. Ni en perpetuo movimiento. Solo quiero entender este problema. No es necesario ser ofensivo usando una frase como "parece que siempre habrá una cantidad de personas que no prestaron atención en la clase de física". Solo quiero entender, y pido ayuda.
@Kamira: No hay necesidad de estar a la defensiva. No dije que estabas tratando de hacer una máquina de energía libre, solo señalé que este concepto surge regularmente en ese contexto. No, el cubo inferior no penetrará en absoluto. La fuerza que la cuerda tira hacia arriba nunca excederá la fuerza de la columna de agua completa que presiona su superficie superior. Si estos no fueran cubos sino cónicos, entonces el objeto inferior penetraría el sello parcialmente hasta que el área de su sección transversal multiplicada por la presión de la columna de agua equilibrara el tirón hacia arriba de la cuerda.
Gracias Olin :) . Entonces, ¿dónde está mi error en mi cálculo? Y a partir de la situación inestable... los cubos se moverán hacia arriba... y se detendrán exactamente cuando el cubo inferior toque el sello y el agua. ¿Es correcto? ¿Y el cálculo y pasos para demostrarlo?
Podemos decir que debido a la inercia ganada desde la posición inicial, el cubo penetra un poco, pero luego la fuerza debida a la columna de agua empuja el cubo inferior completamente hacia afuera, hasta la posición final estable. (Cubo fuera) ¿No es así?
@Kamira: si está considerando efectos dinámicos como la inercia, entonces el cubo podría penetrar un poco. En realidad, creo que la inercia será pequeña en relación con la fricción, por lo que sucederá muy poco.
Hola Olin, he intentado calcular un caso real y cambiar la forma (cilindro) para calcular la penetración del sólido inferior. Aquí están. Espero que te convenza :D IMAGEN1 i43.tinypic.com/2yukin5.jpg IMAGEN2 i40.tinypic.com/2vdi7ub.jpg IMAGEN 3 i40.tinypic.com/nf5u13.jpg
¿Crees que mis cálculos son correctos? :u
También tiene un problema con el cubo que ingresa al tanque de agua y tiene que desplazar un poco de agua, ¿a dónde va eso?
Problema de flotabilidad: cubos en el agua
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