"Oasis of the Seas" es el crucero más grande del mundo con una masa de 100.000 toneladas, pero flota. Los diseñadores de barcos utilizan el principio de Arquímedes, que establece que para que un barco flote debe desplazar un volumen igual de agua más que su propio peso. Este concepto complejo se hace más accesible para los estudiantes mediante el uso de demostraciones y experimentos interesantes como los que se describen a continuación.
Cómo empezó todo
En la antigua Grecia, el rey Hierón II encargó una corona a un orfebre local. Dudaba que fuera oro puro, por lo que le dio al filósofo-científico Arquímedes la tarea de averiguarlo. Arquímedes se metió en un baño tibio y vio que el agua se derramaba por el costado mientras se hundía en la bañera y se dio cuenta de que el agua desplazada era igual al volumen de su cuerpo.
"¡Eureka!" exclamó cuando determinó que podía utilizar esta técnica de desplazamiento para calcular el volumen y la densidad de la corona. Su prueba demostró que la densidad de la corona era menor que la del oro, por lo que la corona no era de oro puro.
Bola versus casco
Cuando se le pregunta por qué se hunde un cilindro de aluminio, un estudiante puede responder incorrectamente: "Porque pesa más".
Entregue a los estudiantes dos pedazos de papel de aluminio de 5 pulgadas por 5 pulgadas. Encuentra la masa de ambos. Pida a los estudiantes que trituren un cuadrado de papel de aluminio en una bola apretada, la arrojen al agua y observen cómo se hunde. Experimente con el segundo cuadrado hasta que encuentre una manera de hacer que el aluminio flote.
Cuando el aluminio tiene la forma de un bote, flotará porque el volumen ha aumentado considerablemente mientras que la masa se ha mantenido igual. El casco del barco se llena de aire, aumentando el volumen sin añadir peso significativo. El bote flotará si la masa del bote es menor que el agua que desplaza. Con un casco hueco, el barco desplazará más agua que la bola.
Globo de helio flotando
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La fuerza de la gravedad depende de la masa del objeto para empujarlo hacia abajo a través de un fluido. A medida que el objeto comienza a hundirse, la fuerza de flotación actúa para empujar el objeto hacia arriba. Si la fuerza gravitacional es mayor que la fuerza de flotación, el objeto se hundirá. Los globos de helio flotan en el aire porque la masa del aire que desplazan es mayor que la masa del helio y el globo.
Ate una cinta a un globo de helio y flotará porque la fuerza de flotación es mayor que la fuerza gravitacional. Aumente la fuerza de gravedad aumentando el peso. Ata los pretzels a la cinta, aumentando el peso hasta que el globo se hunda. Ahora muerde pequeños trozos de pretzel hasta que el globo comience a subir lentamente. Si puede hacer que el globo “flote”, la fuerza gravitacional es igual a la fuerza de flotación.
Experimentos de Arquímedes
Usando el principio de Arquímedes, los estudiantes pueden determinar si un objeto se hundirá o flotará en diferentes fluidos.
Prepare un vaso transparente con agua tibia. Agrega una uva y se hundirá. Agrega sal al vaso y la uva comienza a flotar. Recuerde el principio de Arquímedes: si un objeto pesa más que su propio volumen en líquido, se hundirá. Agregar sal al agua aumentará la masa por unidad de volumen hasta que sea igual o más densa que la uva. En este momento la uva flotará.
También puede invitar a los alumnos a que presenten ideas inteligentes sobre objetos de formas extrañas que pueden flotar o no, y que describan cómo podrían usarse.