¡Recrea el descubrimiento de Arquímedes en casa! El laboratorio secreto de la flotabilidad (bote de carrete + pesas)
Soy Ken Kuwako, Science Trainer. Cada día es un nuevo experimento.
¿Alguna vez has sentido que tu cuerpo se vuelve más ligero al meterte en la bañera? Esa curiosa sensación tiene un responsable: el empuje o fuerza de flotación. Es la misma fuerza que hace que una persona pueda flotar en una piscina y que un enorme barco de acero permanezca sobre la superficie del mar.
Pero ¿de qué depende realmente esa fuerza? ¿Aumenta cuanto más profundo se hunde un objeto? ¿Los objetos más pesados reciben un mayor empuje? Para responder a estas preguntas, realizamos un experimento muy sencillo utilizando únicamente un bote de carrete fotográfico y unas pesas. No hace falta ningún equipo especial, así que puedes probarlo fácilmente en casa o en clase. ¡Vamos a descubrirlo!
◆Materiales
Un bote de carrete fotográfico con tapa, pesas (como tuercas), un recipiente transparente o un acuario con agua, un dinamómetro (de unos 2 N de capacidad) y un cordel para sujetar el bote.
Por cierto, hoy en día casi ya no se ven estos botes de carrete fotográfico, pero todavía pueden encontrarse en Amazon y otras tiendas online. No tengo muy claro quién los compra, pero me alegra que sigan vendiéndolos.
Botes para carretes fotográficos (Amazon)
Principio del experimento
El secreto para conocer el empuje está en una resta muy sencilla. Primero medimos el peso del objeto en el aire con un dinamómetro. Después lo sumergimos en el agua y volvemos a medir su peso aparente. La diferencia entre ambos valores corresponde a la fuerza con la que el agua empuja el objeto hacia arriba, es decir, el empuje.
Empuje (N) = Peso en el aire (N) − Peso dentro del agua (N)
Procedimiento
1. Medir el peso en el aire
Colgamos el bote con las pesas dentro del dinamómetro y registramos su peso antes de introducirlo en el agua.
Realizamos dos pruebas. En el experimento 1 colocamos dos pesas de 70 g y una de 35 g dentro del bote, con un peso total de 175 g.
En el experimento 2 utilizamos una pesa de 70 g y otra de 35 g, con un total de 105 g. Las pesas empleadas eran las que normalmente se utilizan para experimentos de presión del agua.
2. Medir mientras se sumerge
Primero observamos el valor del dinamómetro cuando aproximadamente la mitad del objeto está sumergida.
Después sumergimos completamente el objeto y anotamos de nuevo la lectura del dinamómetro.
3. Hundirlo todavía más
Con el bote completamente sumergido, lo bajamos a una mayor profundidad y volvemos a medir. Este es el punto más interesante del experimento. ¿Será mayor el empuje cuanto más profundo esté el objeto, o permanecerá igual?
4. Repetir con otro peso
Cambiamos las pesas y repetimos exactamente el mismo procedimiento. Comparando objetos con diferente peso podremos comprobar cuál es la verdadera relación entre el peso y el empuje.
Resultados y análisis
Estos fueron los resultados obtenidos. Como también hay que tener en cuenta el peso del propio bote, el peso medido en el aire fue de 1,8 N y 1,1 N respectivamente.
• El empuje no depende del peso del objeto
Como el volumen del bote era el mismo en ambos casos, cambiar la cantidad de peso que había en su interior apenas modificó el empuje. Es fácil pensar que un objeto más pesado debería recibir un mayor empuje, pero en realidad no es así. Habría sido interesante hacer otra prueba variando el volumen para comparar ambas situaciones de forma más evidente.
• La profundidad no cambia el empuje (una vez que el objeto está completamente sumergido)
Mientras solo una parte del bote está dentro del agua, el empuje aumenta a medida que se va introduciendo. Sin embargo, una vez que el objeto queda totalmente sumergido, el empuje permanece constante, aunque se siga hundiendo hasta una mayor profundidad.
Lo mismo ocurre con los peces que viven en las profundidades o con los submarinos. Un submarino no asciende ni desciende porque cambie el empuje con la profundidad, sino porque introduce o expulsa agua y aire de sus tanques para modificar su peso y su volumen. Este sencillo experimento ayuda a comprender el mismo principio físico que utilizan estas impresionantes máquinas.
La conclusión es muy clara: el empuje depende del volumen sumergido, no del peso del objeto. Ese es el verdadero secreto. Además, uno de los aspectos más interesantes del experimento es que permite convertir una fuerza invisible en un valor numérico gracias al dinamómetro.
Con materiales muy sencillos es posible comprender uno de los conceptos más importantes de la física. Si alguna vez te has preguntado por qué unos objetos flotan y otros se hunden, este experimento es una excelente forma de profundizar en la respuesta, tanto en clase como en un proyecto científico.
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