En la física, la flotabilidad es la fuerza ascendente en un objeto producido por el líquido circundante (es decir, un líquido o un gas ) en que se sumerge completamente o parcialmente, debido a la diferencia de la presión del líquido entre la tapa y la parte inferior del objeto. La fuerza ascendente de la flotabilidad de la red es igual a la magnitud del peso de líquido desplazado por el cuerpo. Esta fuerza permite al objeto flotar o por lo menos parecer más ligero. La flotabilidad es importante para muchos vehículos tal como globos de las naves de los barcos y dirigibles

La flotabilidad actúa contra la fuerza de la gravedad y así que hace que los objetos parecen más ligeros con respecto a gravedad. Para representar este efecto, que es importante para la sedimentación, es común definir un boyante m _b de la masa del que represente la masa eficaz del objeto con respecto al $del\; de\; la\; gravedad\; m\_\; \{b\}\; =\; m\_\; \{\backslash \}\; \backslash \; cdot\; del\; mathrm\; \{objeto\}\; \backslash \; ido\; (1\; -\; \backslash \; frac\; \{\backslash \; rho\_\; \{\backslash \; mathrm\; \{líquido\}\}\}\; \{\backslash \; rho\_\; \{\backslash \; mathrm\; \{objeto\}\}\}\; \backslash \; derecho)$

donde está la masa el $m\_\; \{\backslash \; mathrm\; \{objeto\}\}$ verdadera (del vacío) del objeto, mientras que ρ_object y ρ_fluid son las densidades medias del objeto y del líquido circundante, respectivamente. Así, si las dos densidades son iguales, ρ_object = ρ_fluid, el objeto aparece ser ingrávidos. Si la densidad flúida es mayor que la densidad media del objeto, el objeto flota; si menos, el objeto se hunde.

Fuerzas y equilibrio

La flotabilidad proporciona una fuerza ascendente en el objeto. Esta fuerza es causada por la diferencia en la presión sobre la superficie del objeto. Pues entonces la presión aumenta con profundidad debajo de la superficie de un líquido, un objeto con cualquier profundidad vertical considerará diversas presiones sobre su tapa y parte inferior, con la presión sobre la parte inferior que es más alta. Esto produce la fuerza ascendente.

La presión hidrostática en un h de la profundidad en un líquido se da cerca

$P\; =\; \backslash \; rho\; h\; g$

donde el $\backslash \; rho$ del

l es la densidad del líquido, el h del
es la profundidad (altura negativa), y el g del
es la gravedad estándar (&minus del $\backslash \; del\; scriptstyle\; \backslash \; approx$; 9.81 N / kilogramo en la tierra )

La fuerza debida ejercer presión sobre es simplemente los tiempos de la presión el área. Usar un cubo como ejemplo, la presión sobre la superficie superior (por ejemplo) está así $F\_\; del$

l {\ mathrm {tapa}} = d^2 \ h_ de rho {\ mathrm {superior}} g

donde está la longitud $d$ de los bordes del cubo. La fuerza boyante es entonces la diferencia entre las fuerzas en la tapa y la parte inferior $F\_\; del$

l {\ mathrm {flotabilidad}} = d^2 \ h_ de rho {\ mathrm {tapa}} g - d^2 \ h_ de rho {\ mathrm {inferior}} g

cuál reduce $F\_\; del$

l {\ mathrm {flotabilidad}} = d^2 \ rho g ({h_ {\ mathrm {tapa}}} - {h_ {\ mathrm {inferior}}})

en el caso de un cubo, la diferencia en $h$ entre la tapa y la parte inferior es $-d$, tan $F\_\; del$

l {\ mathrm {flotabilidad}} = - d^3 \ rho g

o $F\_\; del$

l \ mathrm {flotabilidad} = - \ rho V g \,

donde está el volumen el V del cubo, $d^3$ del

La magnitud negativa implica que está en la dirección opuesta a la gravedad, el sistema coordinado se invierte con abajo ser positiva. Puede ser demostrado matemáticamente que esta fórmula es verdad para cualquier forma sumergida, no apenas el cubo.

La flotabilidad de un objeto depende, por lo tanto, solamente de dos factores: volumen sumergido del objeto, y, la densidad del líquido circundante. El volumen y la densidad circundante cuanto mayores es del objeto del líquido, más boyante la fuerza que experimenta. Así la magnitud de la fuerza boyante es simplemente igual al peso del líquido desplazado. (En este contexto, la dislocación es el término usado para el peso del líquido desplazado y, así, es un término equivalente a la flotabilidad.

La fuerza total en el objeto es así la fuerza neta de la flotabilidad y del peso del objeto $F\_\; del$

l \ mathrm {red} = - \ rho V g \ del magnesio

Si la flotabilidad de un objeto (libre y unpowered) excede su peso, tiende a levantarse. Un objeto cuyo peso excede su flotabilidad tiende a hundirse.

La densidad de la atmósfera depende de altitud. Mientras que un dirigible se levanta en la atmósfera, su flotabilidad reduce mientras que la densidad del aire circundante reduce. La densidad del agua es esencialmente constante: como un submarino expele el agua de los sus tanques de flotabilidad (bombeándolos por completo del aire) se levanta porque su volumen permanece iguales (el volumen de agua que desplaza si se sumerge completamente) mientras que se disminuye su peso.

Objetos compresibles

Pues un objeto flotante se levanta o cae las fuerzas externas a él cambio y, pues todos los objetos son compresibles hasta cierto punto u otros, hace tan el volumen del objeto. La flotabilidad depende de volumen y así que la flotabilidad de un objeto reduce si es comprimida y aumenta si se amplía. pene

Si un objeto en el equilibrio tiene una compresibilidad menos que el del líquido circundante, el equilibrio del objeto es estable y sigue habiendo en descanso. Si, sin embargo, su compresibilidad es mayor, su equilibrio es entonces el inestable, y se levanta y se amplía en la perturbación ascendente más leve, o baja y las compresas en la perturbación hacia abajo más leve.

Los submarinos se levantan y se zambullen llenando los tanques grandes de agua de mar. Para zambullirse, los tanques se abren para permitir que el aire agote hacia fuera la tapa de los tanques, mientras que las corrientes adentro de la parte inferior. Una vez que se ha balanceado el peso así que la densidad total del submarino es igual al agua alrededor de ella, tiene flotabilidad neutral y seguirá habiendo en esa profundidad. Normalmente, para balancear la densidad de cerca, un poco de aire tiene que ser dejado en los tanques. Esto da a submarino una estabilidad estática; si el submarino desciende incluso levemente, la presión creciente del agua comprimirá el aire en los tanques, reduciendo su volumen. Puesto que la flotabilidad es una función del volumen, ésta implica una disminución de la flotabilidad, y el submarino continuará al decend.

La altura de un globo tiende a ser estable. Mientras que se levanta un globo tiende al aumento en volumen con la reducción de la presión atmosférica, pero el cargo del globo no se amplía. La densidad media del globo disminuye menos, por lo tanto, que el del aire circundante. La flotabilidad del globo reduce porque el peso del aire desplazado se reduce. Un globo de levantamiento tiende a parar el levantarse. Un globo de hundimiento tiende semejantemente a parar el hundirse.

Principio de Archimedes

principio de Archimedes el ', o la ley de empujado hacia arriba, es:

"un cuerpo sumergido en un líquido buoyed para arriba por una fuerza igual al peso del fluid." desplazado;

Es decir cuando un cuerpo se sumerge parcialmente o totalmente en un líquido, después él experimenta una fuerza boyante ascendente que sea igual al peso del líquido desplazado por la parte sumergida del cuerpo.

Se nombra después Archimedes Syracuse, que primero descubrió esta ley. El Vitruvius ( De architectura IX.9-12) cuenta de nuevo la historia famosa de Archimedes que hace este descubrimiento mientras que en el baño (para cuáles ven el eureka ) solamente el expediente real de los descubrimientos de Archimedes aparece en su trabajo del dos-volumen, en los cuerpos de flotación . El chino Cao Chong del prodigy de niño antiguo también aplicó el principio de flotabilidad para medir el peso exacto de un elefante, según lo descrito en el Sanguo Zhi .

Esto es verdad solamente mientras uno puede descuidar la tensión de superficie (capilaridad) que actúa en el cuerpo.

El peso del líquido desplazado es directo proporcional al volumen del líquido desplazado (específicamente si el líquido circundante está de densidad uniforme). Así, entre objetos con las masas iguales, la que está con mayor volumen tiene mayor flotabilidad.

Suponer que el peso de una roca está medido como 10 neutonios cuando es suspendido por una secuencia en un vacío. Suponer que cuando la roca es bajada por la secuencia en el agua, desplaza el agua del peso 3 neutonios. La fuerza que entonces ejerce en la secuencia de la cual cuelga será 10 neutonios menos los 3 neutonios de fuerza boyante: 10  −   3 = 7 neutonios. Este mismo principio incluso reduce el peso evidente de los objetos que se han hundido totalmente al piso de mar, tal como el sunken USS '' Arizona '' del acorazado en el Pearl Harbor, Hawaii. Es generalmente más fácil levantar un objeto para arriba a través del agua que es finalmente sacar de él el agua.

La densidad del objeto sumergido concerniente a la densidad del líquido se calcula fácilmente sin la medición de ningunos volúmenes: $del$

l \ mbox {densidad relativa} = \ - \ mbox {peso sumergido evidente} del frac {\ mbox {peso}} {\ mbox {peso}}

Densidad

Si el peso de un objeto es menos que el peso del líquido el objeto desplazaría si fue sumergido completamente, después el objeto tiene una densidad media menos que el líquido y tiene una flotabilidad mayor que su peso. Si el líquido tiene una superficie, tal como agua en un lago o el mar, el objeto flotará en un nivel donde desplaza el mismo peso de líquido que el peso del objeto. Si el objeto se sumerge en el líquido, tal como un submarino o un aire sumergido en un globo, tenderá a levantarse. Si el objeto tiene exactamente la misma densidad que el líquido, después su flotabilidad iguala su peso. Tenderá ni a hundirse ni a flotar. Un objeto con una densidad media más alta que el líquido tiene menos flotabilidad que el peso y él se hundirán. Una nave flota porque aunque se haga del acero, que es más denso que riega, incluye un volumen de aire y la forma resultante tiene una densidad media menos que el del agua.

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