Fuerza de empuje

Cuando un cuerpo se sumerge dentro de un fluido lquido, ste recibe una fuerza llamada fuerza de empuje, misma que nos permite darnos cuenta del cmo ha variado el peso de un objeto sumergido a cuando se encontraba fuera del agua, seguramente en ms de una ocasin te has percatado que cuando sumergimos algn cuerpo, es mucho menos pesado que lo que en realidad es fuera del agua, pues bien esto se debe a que el fluido va a ejercer una fuerza en sentido opuesto al vector del peso como se observa en la figura:

La magnitud de esta fuerza, estar determinada directamente por el peso sumergido, ya que exactamente la masa introducida en el fluido multiplicada por la gravedad, ser la cantidad de agua desplazada (principio de Arqumedes), es decir ser igual el peso del volumen que se desplaz a la fuerza que reciba el objeto sumergido haciendo que nos de la sensacin de que dentro del agua es ms ligero, por ejemplo si te encuentras una piedra en el fondo podrs sacarla sin problema aparente, hasta que se encuentre totalmente fuera del lquido; esta fuerza de empuje es la misma que nos permite flotar en el agua. Si recordamos el curso anterior, cuando hablamos de un estado de equilibrio, forzosamente tendremos una sumatoria de fuerzas igual a cero, ya que de lo contrario la inestabilidad provocar un movimiento, si llevamos este principio a un cuerpo sumergido nos daremos cuenta de que para evitar que alguien se hunda (es decir el peso sea mayor a la fuerza de empuje del lquido) o que gire sobre su eje hasta alcanzar el equilibrio de fuerzas, ser necesario analizar el siguiente esquema:

El concepto de flotacin es otro buen ejemplo de cmo se utilizan de forma errnea en la realidad algunos trminos fsicos, por ejemplo para la mayora de la gente un cuerpo se dice que flota cuando est sobre la superficie del lquido, sin embargo en la ciencia, se dice que un cuerpo est flotando cuando se encuentra sumergido pero sin hundirse y esto se debe a que la fuerza que recibe del fluido o la fuerza de empuje, est en equilibrio con el peso del objeto:

E = w

Hemos de observar que como en una persona la reparticin de masas se presenta de manera irregular, es necesario hallar una forma lo ms equitativa posible, como la que se muestra en la figura, de esta forma las fuerzas que actan sobre el sistema encontrarn el equilibrio permitiendo que la persona comience a flotar slo cuando el equilibrio de la sumatoria de las fuerzas lo permitan, esta posicin es ideal para aquellas personas que no saben nadar inicien por aprender a flotar, si ocurre un desbalance en el sistema lo que ocurrir es que el cuerpo comenzar a girar sobre su eje hasta hundirse.

La modelacin matemtica que permite entender la relacin entre el peso y la fuerza de empuje es:

E= ml g

Donde:

E= Fuerza de empujeml= Masa del lquido g= Gravedad

En caso de tener la densidad del lquido se utilizar la siguiente frmula:

E= Vsumergido g

Donde:

E= Fuerza de empuje= Densidad del lquidoV= Volumen sumergido g= Gravedad

Asimismo, si consideramos en la frmula el peso del cuerpo fuera y dentro del agua, entonces la frmula se simplifica a:

E = wreal - waparente

Donde:

E= Fuerza de empujewreal= Peso del objeto fuera del lquidowaparente= Peso del objeto dentro del lquido

Veamos un ejemplo para aclarar lo anterior:

El peso de un cuerpo fuera del agua es de 1000 N, mientras que su peso aparente es de slo 880 N, calcular cul ser la fuerza de empuje que acta sobre el cuerpo sumergido

Datos: Frmula: Clculos:

E= XE = wreal - waparenteE= 1000 N 880 N wreal= 1000 NE= 120 Nwaparente= 880 N