Arquímedes
25 may, 2012
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PDFEureka
PRESENTACIÓN: La fuerza de empuje que ejerce un fluido sobre un objeto equilibra exactamente el peso del fluido desplazado por el objeto.
Archimedes’ principle without the king’s crown, Thomas Bruce Daniel, Phys. Teach. 36, 557 (1998)
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Vale la pena comentar un poco de la historia de cómo Arquímedes elaboró el principio físico que lleva su nombre.
Un día el rey Hierón le pidió a Arquímedes que averiguara si su corona era de oro puro. El rey sospechaba que el artesano se había quedado con parte del oro, sustituyéndolo por otro metal. Pero, ¿cómo comprobalo? Cuenta la leyenda que Arquímedes, se metió en la bañera. Al ver como el agua ascendía, vio clara la solución. Salió desnudo a la calle y gritando «Eureka!». La corona, al ser sumergida, desplazaría una cantidad de agua igual a su propio volumen. Al dividir la masa de la corona por el volumen de agua desplazada, se podría obtener la densidad de la corona. La densidad de la corona sería menor si otros metales más baratos y menos densos le hubieran sido añadidos. Su descubrimiento sirvió para demostrar que la corona era un timo. El famoso “principio de Arquímedes” fue el fin del artesano: el rey lo mandó ejecutar.
El vidio ilustra un experimento muy sencillo que permitiría al alumnado comprobar visualmente el principio de Arquímedes permitiendo un aprendizaje significativo. Sin embargo, creo que también sería conveniente señalar a los alumnos ejemplos diarios donde pueden encontrar este principio para que ellos, en su vida cotidiana puedan tenerlo siempre en cuenta y asentarlo en las bases de su conocimiento. Algunos ejemplos pueden ser:
– Al nadar, el cuerpo humano recibe un empuje hacia arriba igual al peso del agua que desplaza.
– Un buque en el mar flota debido a que el volumen del agua que desplaza es igual al del buque. El peso del buque es contrarrestado por el empuje hacia arriba del agua.
– Los globos aerostáticos se sostienen en el aire por el principio de Arquímedes. En este caso, el fluido es el aire. El globo está sumergido completamente en el aire cuya densidad es mayor que la del aire caliente. Por lo tanto, el globo aerostático experimenta un empuje vertical correspondiente al peso del aire desalojado que es superior que el peso del aire caliente junto con el peso de todo el globo.
– Los icebergs flotan porqué el agua congelada tiene una densidad ligeramente inferior al agua líquida. Según el principio de Arquímedes, el peso total del iceberg es igual al peso del agua que ocuparía la parte sumergida del iceberg.
El principio de Arquímedes sirve para explicar por qué un barco flota en el agua. Esto es debido a que el empuje al que está sometido el barco y su peso están en equilibrio.
A continuación, se muestra un vídeo que me parece muy adecuado y que explica muy bien estos conceptos.
Un experimento en el que se puede ver el principio de Arquímedes en gases es el de la pompa de jabón flotando sobre CO2. Para ello necesitamos una mezcla jabonosa para hacer pompas de jabón, vinagre, bicarbonato y un frasco de cristal grande. La explicación de dicho experimento es que la reacción química entre el vinagre y el bicarbonato produce dióxido de carbono. Dicho gas es más denso que el aire y queda atrapado en el interior del frasco de cristal. Las pompas de jabón tienen aire en su interior y flotan sobre el dióxido de carbono, más denso, que se acumula en el fondo del frasco. Este experimento sirve para explicar el funcionamiento de los globos aerostáticos.
El principio de Arquímides explica también el modo en el que los peces pueden ascender y descender mientras nadan. Casi todos ellos disponen de un órgano, la vejiga natatoria, cuyo volumen varía por la acción que sobre ella ejerce la presión exterior. Cuando el pez se sumerge, su cuerpo experimenta una presión mayor y se contrae comprimiendo la vejiga (Ley de Boyle), de esta forma el peso del agua que desaloja disminuye y resulta menor que el del pez (Principio de Arquímides) y éste desciende. Lo mismo ocurre, pero en sentido contrario, cuando el pez asciende, la vejiga se hincha por la expansión del aire sometido a presiones menores y por lo tanto se eleva. Cuanto mas sube el pez, más se hincha su cuerpo y más rápida se hace la ascensión.
Al hilo del comentario anterior, los buceadores en el agua hacen lo mismo con el chaleco que llevan. Para ayudar a controlar la flotabilidad modifican la cantidad de aire de los chalecos (están conectados a la bombona); para descender liberan aire desplazando así menor volumen de agua y disminuyendo la flotabilidad, mientras que para ascender introducen aire en el chaleco desplazando mayor volumen de agua y aumentando la flotabilidad. También hay que tener en cuenta otro fenómeno en este medio, el de la compresibilidad de los gases; el aire introducido en el chaleco a mucha profundidad se expandirá a medida que se ascienda (Ley de Boyle-Mariotte) aumentando la flotabilidad rápidamente, por lo que es necesario liberarlo paulatinamente para controlar el ascenso.
Vídeo donde se muestra el principio de Arquímedes bajo el agua.
El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja´´.
Una de las aplicaciones de dicho principio son los submarinos. Los submarinos en superficie, están en situación de flotación positiva, pesando menos que el volumen equivalente de agua desplazada (de acuerdo con el principio de Arquímedes). Para sumergirse hidrostáticamente (sin ayuda mecánica), un buque debe ganar flotación neutral (peso igual a empuje), bien incrementando su propio peso o disminuyendo el desplazamiento de agua (volumen). Para controlar su peso, los submarinos están equipados con tanques de lastre, que pueden llenarse con agua tomada del exterior o aire a presión. Para visualizar dicha explicación, se presenta el siguiente vídeo donde se utiliza una botella de plástico simulando un submarino.
Para enseñanza a nivel secundaria, una forma muy sencilla, rápida y visual de explicar el principio de Arquímedes es dejar que un globo de helio se eleve en el aire. A partir de este hecho, se puede introducir el principio razonando que el globo asciende porque el empuje que el aire le aplica es mayor que su peso y la densidad del helio es menor que la del aire que le rodea.
Para mayor profundización en el entendimiento del principio de Arquímedes podríamos recurrir a los ejemplos que se mencionaron en otros comentarios (buceo, vejiga natatoria de peces, barcos, etc.) y también podríamos relacionar la física con la geología aludiendo a la isostasia y a la disposición de los continentes sobre el manto terrestre. La isostasia consiste en un equilibrio de flotación entre la litosfera y la astenosfera, de manera que al aumentar la densidad de la primera, el manto tiende a hundirse y si disminuye la densidad de la litosfera, esta tiende a ascender.
El siguiente vídeo muestra el Principio de Arquímedes de forma que podría también representarse en clase. En el vídeo se ve de manera clara que la aparente pérdida de peso de un objeto sumergido en un fluido es igual al peso del volumen del fluido desplazado por el objeto.
Este principio explica el motivo de que un barco pueda flotar en el agua, lo que es un gran ejemplo que se puede explicar en clase. El siguiente vídeo lo explica de forma clara. También se puede explicar este principio realizando un experimento en clase, el siguiente vídeo detalla un buen ejemplo de experimento.
El empuje ejercido por el líquido sobre el cuerpo se conoce como empuje hidrostático o de Arquímedes.
En el siguiente vídeo aparece el experimento del submarino, que explica el funcionamiento de un submarino además de varios conceptos relacionados con el principio de Arquímedes.
El vídeo sobre el principio de Arquímedes que encabeza este foro está bien. Este principio es fácil de comprobar en el laboratorio, el montaje es sencillo y rápido, aspecto a tener en cuenta por la limitación de los 50 minutos de clase. Nosotros en nuestro centro realizamos todos los años en 4º ESO una actividad similar pero más completa.Los alumnos se ponen por parejas, unos utilizan una esfera y otros un cilindro. Con la ayuda de un Dinamómetro y una Probeta, determinan: peso real, peso aparente, empuje y el volumen del objeto. Este último lo hallan también utilizando las expresiones matemáticas del volumen de una esfera y de un cilindro, midiendo el diámetro y la altura con un Calibre. La práctica sale muy bien y sirve para que el alumno/a se familiarice con el uso del Calibre, del Dinamómetro y de la Probeta.
Moi interesante o video proposto para explicar o principio de Arquímedes e por que flotan os barcos.!! Aplicareino en 4º ESO.
Grazas.
Vale a pena aproveitar o sinxelo experimento que amosa o Principio de Arquímides para falar da súa figura nun contexto histórico. Acabamos de recibir no noso centro unha magnífica recreación por parte do grupo escénico Artello dunha obra de Teatro científico que recrea a lexendaria figura de Arquímides e fainos reflectir sobre o presente. Marabillosa descuberta!!
Alen do Principio de Arquímedes podemos achegarnos á súa figura histórica e ás repercusións das súas decubertas dun xeito transversal grazas á obra escénica do grupo Artello, unha fermosa peza de Teatro científico maxistralmente representada que acabamos de recibir no noso Instituto. Para reflectir sobre o pasado e o presente da ciencia e da sociedade…
En relación ao primeiro comentario, no que se relata a historia de como Arquímedes chega a desenvolver o seu Principio. Podemos visulaizala neste vídeo da serie «Érase una vez… los inventores»
Velaquí o enlace.
Algún comentario anterior xa fala do espectáculo sobte Arquímedes («Non toques os meus círculos», en galego ou en castelán) que a compañía Artello teatro estár representando en centros educativos. Ao noso centro virán en breve, e antes da representación estamos traballando ca guía didáctica dispoñible na súa web; indico o enlace porque paga moito a pena visitala e utilizala nas clases, tanto dende o ámbito científico como dende o histórico e xeográfico (o ideal, claro está, e simultanear ambos dende un enfoque multidisciplinar). Aproveitamos, dende o noso centro, para recomendar o espectáculo.
Con este simple experimento pueden ver numericamente los alumnos el porqué estando en el agua es mucho más sencillo levantar cuerpos, realidad que ellos ya han observado en piscinas, mar, etc.
Penso que para os máis cativos éche moi interesante explicar o principio de arquímedes aplicado aos barcos. Como poden flotar eses barcos tan grandes? Déixovos este vídeo adaptado para eles.
Arquímedes, ademais do seu famoso principio descubriu e inventou outro montón de cousas. Por exemplo inventou un parafuso, deu un número moi elevado de cifras de pi entre outras cousas.1
E ademais hai quen penda que pode estar detrás de unos dos mecanismos máis marabillosos descubertos na antiga Grecia, o mecanismo de Anticítera.
El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido dentro de un fluido experimenta una fuerza ascendente llamada empuje, equivalente al peso del fluido desalojado por el cuerpo. Todos hemos observado y experimentado que cuando un objeto está sumergido en el agua (u otro fluido) es mucho más sencillo levantarlo que cuando no está dentro del agua. Este hecho es debido a que los fluidos ejercen una fuerza hacia arriba sobre cualquier objeto sumergido dentro del fluido. A esta fuerza se le denomina fuerza de flotación o fuerza de empuje, y es la responsable de que los objetos parezcan más ligeros en el interior de los fluidos. A este fenómeno se le denomina flotación. Este fenómeno lo experimentamos cuando nadamos o cuando tiramos un objeto al agua. Si el peso del objeto es mayor que el peso del fluido desalojado, el objeto se hunde. En cambio, si el peso del objeto es menor o igual al peso del fluido desplazado entonces el objeto flota.
El principio de Arquímedes es fundamental para la vida cotidiana y resulta muy sencillo de demostrar, por lo que considero que es prácticamente imprescindible que los estudiantes realicen a lo largo de la etapa de la ESO algún experimento que demuestre este principio. Os dejo un grupo de 10 experimentos sencillos y baratos que pueden realizar los estudiantes para demostrar el principio de Arquímedes. Espero que os sea de utilidad.
El principio de Arquímedes es un concepto importante en los currículums de la ESO y Bachillerato, por lo tanto, agradezco que se nos brinde este experimento, que podría ser útil para acercar el concepto teórico a la práctica. Personalmente, considero que el alumnado siempre disfruta más cuando se relacionan diferentes materias entre sí, por lo que coincido con algún comentario previo que resaltaba el valor histórico de este experimento, ya que en mi opinión estas pequeñas anécdotas son la sal y la pimienta con la que hacer de este concepto un producto apetitoso para nuestros alumnos. Buscando información en la red sobre el principio de Arquímedes me he topado con un interesantísimo vídeo de TED realizado entre otros por Armand D’Angour, (está en inglés, pero tiene subtítulos en castellano), os dejo el enlace aquí. Este vídeo me parece doblemente interesante por varias razones: la primera de ellas es que ilustra el Principio de Arquímedes con un ejemplo más práctico que la corona (con un barco), además, discute la veracidad de la famosa historia de la corona, y plantea un posible error histórico de carácter lingüístico, además el formato del vídeo lo hace, en mi opinión, sumamente atractivo para cualquiera.
Todos hemos experimentado alguna vez que al meterse en la bañera el agua asciende, esto tiene una explicación científica que se explica muy bien en el vídeo del principio.
Concordando con otros comentarios aquí citados, esta experiencia resulta de muy fácil aplicación y con recursos a utilizar son de fácil acceso. Además, es aplicable con los alumnos de la ESO y Bachillerato, ya que se establece en el currículum educativo. Esta experiencia permitiría introducir el contenido del Principio de Arquímedes de una forma práctica, lo que les ayudaría a comprender, interpretar y predecir la mayor o menor flotabilidad de los objetos mediante la utilización del citado principio. En el siguiente portal educativo FISICALAB se hace una muy buena y breve descripción apoyada con ilustraciones de dicho efecto.
Este experimento permite enseñar a los alumnos de secundaria el principio de Arquímedes que afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. Sin embargo, este principio puede enseñarse paralelamente con el principio de Pascal que formula que un aumento de presión en un punto cualquiera de un fluido encerrado se transmite a todos los puntos del mismo. Para poner ambos principios en práctica se puede emplear una botella de plástico que se pueda deformar fácilmente, a continuación se rellenaría de agua y se introduciría uno o varios globos unidos por una tuerca de tal forma que queden prácticamente sumergidos pero flotando en la superficie. Una vez conseguido esto, se cierra la botella y se aprieta. Al apretar la botella la presión se transmite a la parte inferior de los globos y entra el agua en su interior, por lo que se produce un aumento del peso y los globos se hunde. Mientras que si se deja de apretar la botella, la presión disminuye, el agua sale de los globos los cuales pierden peso y ascienden a la superficie. Es un experimento sencillo y muy visual. Mediante este vídeo puede verse de un modo más gráfico.
Experimento muy sencillo para que los alumnos comprendan lo que es el principio de Arquímedes. Otro experimento alternativo, relacionado también con el principio de Arquímedes, y que sirve para resolver una de las concepciones alternativas que tienen los alumnos de secundaria sería la de colocar un cubito de hielo en un vaso de cristal con agua. En este caso se observaría que el volumen de agua asciende ligeramente al introducir el cubito de hielo, siendo el peso del fluido desplazado por el cubito de hielo equivalente a la fuerza de empuje que ejerce el fluido (agua en este caso). Si se hace una marca del nivel del agua y se espera a que se derrita el hielo, se podrá observar que no existe variación en el nivel del agua. Sin embargo, si en lugar de introducir un único cubito de hielo, se introducen varios, de forma que estén apoyados unos sobre otros, tocando el fondo del vaso, al derretirse todos ellos se podrá ver que el nivel del agua final será superior al que había en un comienzo. Como he dicho este experimento valdría para explicar un error común en alumnos de secundaria que es el suponer que la fusión de un iceberg que se encuentra flotando sobre el mar tendría un efecto sobre el nivel del mar similar a la fusión de los hielos situados sobre tierra firme, como por ejemplo la Antártida.
El Principio de Arquímedes, con lo «fácil» que resulta entenderlo así de forma práctico/ visual, pero que en muchos centros se sigue impartiendo de forma teórico/abstracto. En el siguiente vídeo, se podrá ver como usando cosas de la vida cotidiana se puede explicar muchos conceptos y principios que son «básicos» para nuestra vida, como la flotabilidad, la densidad, el punto de equilibrio….
No seguinte blog aparece un texto no que se fala sobre Arquímedes e os seus descubrimentos en xeral: o Principio de Arquímedes, o parafuso de Arquímedes, a Lei da Palanca,… e plantéxanse preguntas para alumnos de secundaria que me pareceron de interese. Aínda que Arquímedes pasou á posteridade polo seu Principio, paréceme moi interesante comentar máis cousas sobre esta extraordinaria persoa para que o alumnado aprenda con maior facilidade quen inventou o Principio e que máis cousas levou a cabo.
Como ya han mencionado en comentarios anteriores, el principio de Arquímedes tiene muchas aplicaciones, tanto en la vida cotidiana como en la industria, pues hay multitud de ejemplos en los que ve este fenómeno: flotación de los barcos, los submarinos, los peces, los globos aerostáticos, etc.
Otro ejemplo que he encontrado son los densímetros.
El densímetro es un instrumento que se basa en el principio de Arquímedes y sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen. Es, en esencia, un flotador cilíndrico de vidrio con un lastre de mercurio en su parte inferior (que le hace sumergirse parcialmente en el líquido en posición vertical) y un extremo graduado directamente en unidades en densidad. El peso del densímetro es siempre el mismo, de forma que, al introducirlo en un fluido, el nivel del líquido marca sobre la escala el valor de su densidad.
La determinación de densidades de líquidos tiene importancia no sólo en la física, sino también en el mundo del comercio y de la industria. Puesto que el valor comercial de muchos líquidos, como soluciones de azúcar, ácido sulfúrico, alcohol, y vino, dependen directamente en la densidad específica, los densímetros se usan abundantemente. En la enología, el densímetro permite saber en qué momento de maceración se encuentra el vino. La determinación de la pureza de la leche de vaca es una de las aplicaciones industriales del densímetro.
El principio de Arquímedes es una herramienta versátil y útil. Como ya se ha comentado, este principio puede ser utilizado para la determinación del volumen de objetos irregulares, así como, para explicar el comportamiento de cualquier objeto dispuesto en un fluido. Si bien se emplea en el diseño de submarinos, también explica la razón por la cual algunos insectos pueden caminar sobre el agua. Yin et al. (2016) emplearon un método para medir las curvaturas en la superficie del agua a través de las sombras creadas por el contacto pata/agua de los zapateros (Familia Gerridae). Estas depresiones se pueden usar para derivar el volumen de agua que se desplaza, lo cual permite determinar la fuerza utilizada para mantener a flote a los insectos acuáticos. Estos autores consideran de gran interés comprender la física en la locomoción de los insectos para el diseño de dispositivos acuáticos biomiméticos.
Yin, W., Zheng, Y. L., Lu, H. Y., Zhang, X. J., & Tian, Y. (2016). Three-dimensional topographies of water surface dimples formed by superhydrophobic water strider legs. Applied Physics Letters, 109(16), 163701.
El principal objetivo del aprendizaje es que el alumnado adquiera nuevos conocimientos de forma significativa a su día a día. En este caso nos tenemos que enfrentar a algo que es falsamente dominado por todo el mundo, pero que está demostrado que arrastra cantidad de concepciones erróneas y que cuando se aprende, se aprende comúnmente de forma mecánica.
En este artículo dejo el tema tratado más en profundidad. Creo que es una buena lección para hacer autocrítica y reflexionar sobre la importancia de enseñar las cosas de modo que sea comprendido, y no sólo que sea correctamente emitido por los profesores.
O “Diablillo de Descartes”constitúe un experimento interesante para realizar na aula e ver se os alumnos entenden o principio de Arquímedes. A versión caseira de dito experimento consiste en empregar un recipiente de cristal pequeno (un bote baleiro dunha mostra de perfume) que representará o “diablillo” e introducir este co bico cara abaixo nunha botella de plástico de 1l chea de auga (de xeito que quede retido aire no interior do “diablillo”). Posteriormente péchase a botella e realizase a demostración diante dos alumnos que consiste en ver que o “diablillo ” flota, pero que ao apertar a botella este se afunde! Dita experiencia explícase porque o peso do “diablillo” ao conter aire non supera a forza de empuxe da auga exercida sobre el; mais, ao presionar a botella e introducirse auga no interior da figura o peso aumenta vencendo a forza empuxe polo que se afunde. Véxase o vídeo.
Además de lo mencionado anteriormente por mis compañeros, poco me queda decir de la importancia que ha supuesto el Principio de Arquímedes ya que en ello se basan numerosas construcciones y experimentos de hoy en día. Así mismo, me gustaría añadir este artículo que me parece, sobretodo, curioso ya que propone al público a “ver” ciencia en las obras de arte, además de estética que es lo que normalmente se observa. Al fin y al cabo la ciencia está en todas partes ¿no?.
La historia de Arquímides, la corona y el «eureka» es uno de mis más tempranos recuerdos sobre ciencia, ya que en mi infancia mi padre realizó conmigo el sencillo experimento de calcular la densidad de un objeto viendo la cantidad de agua desplazada al sumergirlo. Sin embargo, hay más de una versión sobe cómo enunció Arquímides su principio. En este vídeo, que no dura ni 5 minutos, tenemos una explicación alternativa e igual de interesante. De todas formas, creo que es buena idea no perder tampoco la historia de la corona y seguir contándosela a los alumnos, pues el momento «eureka» es algo que, junto con la realización del experimento, perdura en la memoria.
El primer recuerdo que tengo de Arquímedes es de mi infancia, viendo «Érase una vez los inventores» donde se ve el experimento realizado con la corona. Después nos hablaron de él en dinámica de fluidos en física de primero de carrera, pero fueron una retahíla de fórmulas sin explicación práctica del mismo. El principio de Arquímedes, como hemos comprobado, afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. En este enlace se intenta desafiar este principio de Arquímedes y creo que puede resultar curioso para los demás lectores.
El principio de Arquímedes tiene multitud de aplicaciones en nuestra vida cotidiana. El experimento es uy gráfico y facilita la comprensión de lo que ocurre a un cuerpo su elegido en un fluido. La historia de su descubrimiento es muy interesante también.
Es posible dar una buena explicación del principio de Arquímedes basándonos en el experimento descrito por el vídeo. No obstante, el vídeo en sí no lo considero explicación suficiente para alumnos, más bien una idea sobre la que trabajar para los profesores. Como vídeo explicativo, tanto de la historia como introducción al concepto, creo mejor solución el propuesto por AnaQ en Enero 2020. Para concluir pienso que lo ideal sería realizar ambos, primero una introducción con el vídeo, seguido de la realización del experimento en clase.
El experimento descrito en el vídeo propuesto podría servir como explicación del principio de Arquímedes. No obstante, no lo recomendaría como vídeo a compartir en clase, si no, como ayuda para el profesorado para la realización del experimento en clase. En línea con AnaQ y su comentario de Enero 2020 pienso que el vídeo que propone serviría mucho mejor como explicación introductoria, tanto histórica como del principio en sí. Bajo mi punto de vista, lo ideal sería introducir el tema con el vídeo seguido de la realización del experimento en clase.
A forza hidrostática que actúa sobre un corpo o fai de maneira distribuída en toda a superficie de contacto entre o corpo e o fluído. A integral da presión en toda a superficie de contacto é equivalente a unha forza resultante no centro de gravidade.
Concuerdo con el comentario de AnaQ y ÁngelP que el vídeo sería una buena opción para introducir el tema. El siguiente vídeo muestra muy gráficamente el principio de Arquímedes realizado con material que todos los estudiantes tienen en sus casas.
El principio de Arquímedes está presente en nuestro día a día, como por ejemplo cuando caminos bajo la lluvia y pisamos un charco de agua, cuando lavamos la ropa en la lavadora, cuando colocamos un hielo en una bebida o cuando ponemos unos fideos a hervir en agua.
Opino que hacer este experimento con los alumnos de secundaria es básico. Con la metodologia por descubrimiento, ellos mismos comprenderan mucho mejor el principio. El apoyo del video con una rememoración historica creo que es fundamental como actividad previa a la experimentación. No sólo en este tema, sino en cualquier actividad que planteemos. Por otro lado y sin nada que ver con la ciencia, comentaros que cada vez que escucho Arquimedes y Eureka no puedo evitar acordarme del grupo argentino «Les Luthiers» y su canción «La gallina dijo Eureka». Se que no es muy cientifico pero es algo que me retrotae a mi infancia. Os dejo enlace a video por si alguien no lo conoce.
El principio de Arquímedes es lo que, entre otras cosas, hace flotar a los barcos. Aquí tiene influencia la densidad tanto del cuerpo que se introduce en el líquido como del propio líquido y su forma. Además cabe destacar que, tal y como se ve en este vídeo, la densidad del líquido también depende de las sustancias que tengan disueltas, y por lo tanto influirá en la flotación de los cuerpos que se introduzcan en él.
¡Eureka! Arquímedes postuló que “todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido, experimenta una fuerza vertical y hacia arriba igual al peso del fluido desalojado”. En otras palabras, lo que quiso decir que, al sumergir un objeto en un fluido, este ejerce una presión hidrostática sobre todas las paredes del cuerpo, por una parte, las fuerzas laterales, y por otro, las fuerzas opuestas, la que empuja hacia abajo y la que lo hace hacia arriba. El vídeo ilustra muy bien este concepto, y un ejemplo, típico son los submarinos, barcos y flotadores. La presión aumenta con la profundidad, por lo que las fuerzas en la parte de abajo del barco son mayores que las que hay arriba por lo que, empujan el barco hacia arriba.
Visto todo o comentado anteriormente, simplemente quería facer un apuntamento por si alguén ten pensado ir de visita a Sicilia. Na preciosa cidade de Siracusa existe un museo adicado a Arquímedes que é moi interesante, e nel expóñense moitos dos seus inventos e descubrimentos que máis alá da súa famosa frase «dádeme un punto de apoio e moverei o mundo» e do feito histórico da corona de ouro, estes descubrimentos pasan tamén polo seu famoso tornillo e mesmo por máquinas de guerra para a defensa da cidade contra os asedios romanos. Ademais unha vez se explica este principio nunha clase, tamén sería interesante formular a seguinte cuestión: Xa que a atmosfera é un fluido, si esta desaparecera pesaríamos máis ou menos?
Las experiencias que se basan en el principio de Arquímedes son muy útiles para que los alumnos, que trabajan por primera vez con las densidades y las relaciones entre materiales de distintas densidades, puedan comprender los conceptos de forma más sencilla. En este enlace de la Fundación Ibercaja, se presentan diferentes simulaciones para que los alumnos experimenten el Principio de Arquímedes desde diferentes enfoques.
Como numerosos comentarios ya tratan la gran revolución que supuso para la física el principio de Arquímedes (barcos, submarinos…), en este caso me gustaría aportar un ejemplo de cómo el desarrollo de las nuevas tecnologías está permitiendo la experimentación de forma remota. En este artículo se explica la creación de un sistema para la experimentación práctica de forma remota a través de ordenador. El experimento consiste en la plataforma móvil con control y desplazamiento medido, en el que se colocaron tres recipientes con líquidos. Los cuerpos fueron suspendidos del Dinamómetros ISES, midiendo la suspensión resultante fuerza cuando se sumergieron en líquido. La medición de la fuerza de suspensión permitió el registro del peso, la fuerza total o la fuerza de flotabilidad. Ozvoldova, M., Spilakova, P., & Tkac, L. (2014). Archimedes’ Principle – Internet Accessible Remote Experiment. International Journal of Online Engineering (iJOE), 10(5), 36. doi:10.3991/ijoe.v10i5.3831
Pienso que una actividad interesante podría ser hacer que los alumnos vivan la experiencia que vivió Arquímedes, es decir, darles elementos de formas complejas y un material, y que reproduciendo el experimento de Arquímedes razonen si el material que le estamos indicando es realmente el que tiene dicho objeto.
¿Por qué un objeto se hunde o flota? Considero que el Principio de Arquímedes, es un principio muy sencillo para que el alumnado pueda dar respuesta a esta y a otras preguntas relacionadas, así como experimentar por sí mismo y realizar experiencias en clase y/o en sus propias casas. Para ampliar información al respecto, me parece interesante el siguiente vídeo donde se explica el principio de una manera muy clara, y este enlace donde se recogen varios ejemplos y demostraciones sencillas.
El principio de Arquímedes expone que un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje ascendente, equivalente al peso del fluido desalojado. Si el objeto flota o se hunde en el líquido depende de la fuerza de flotación y el peso de este, este último dependiente de la densidad del cuerpo. Si el objeto es más denso que el fluido, este se hundirá, si es la misma, el objeto no se hundirá ni flotará y si es menos denso, el objeto flotará en la superficie del fluido.
Ay, y yo que pensaba que iba a ver a un científico griego corriendo desnudo por la calle y gritando Eureka al mismo tiempo… Por lo menos está bien para explicar por qué los barcos, a pesar de estar hechos de acero, son capaces de flotar en el agua.
¡Vaya!
justamente en el comentario que hice en esta publicación adjunto un vídeo del momento que esperabas… 😉
O principio de Arquímedes en esencia: «Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado»
El principio de Arquímedes aparece en muchas aplicaciones prácticas, entre las que podemos nombrar:
– El globo aerostático. El cual por tener una densidad promedio menor que la del aire circundante, flota en él debido a la fuerza de empuje.
– Los barcos. El casco de los barcos es más pesado que el agua. Pero si se considera el conjunto del casco más el aire en su interior, el cociente entre la masa total y el volumen es menor que la del agua y esa es la razón por la que los barcos flotan.
– Los chalecos salvavidas. Al ser construidos de materiales livianos y porosos, son capaces de flotar porque la relación masa-volumen es menor que la del agua.
– El flotante para cerrar el grifo de llenado de un tanque de agua. Se trata de un esfera llena de aire de gran volumen que flota sobre el agua, la cual causa que la fuerza de empuje – multiplicada por el efecto palanca – cierre el tapón del grifo de llenado de un tanque de agua cuando esta ha alcanzado el nivel total.
+info: Web con mucha info y muy vistosa.
Con este experimento se puede visualizar por qué es más fácil desplazar cosas pesadas debajo del agua, o por qué grandes trasatlánticos flotan. Más allá del clásico enunciado de “todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado” que puede ser más denso de asimilar para un estudiante que de esta forma tan visual.
El principio de Arquímedes afirma lo siguiente: todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. Cuando se explica este principio, inmediatamente se piensa en experimentos con líquidos, pero existen más fluidos que los de naturaleza líquida, por ejemplo los gases. Un caso real, sin experimentación, del Principio de Arquímedes son los globos aerostáticos. El aire que contiene el globo, se hace menos denso al calentarlo, aumentando su volumen y provocando una fuerza ascendente que eleva al vehículo (Volar en Asturias, 2020; Museos de Tenerife, 2020). Además, se puede relacionar este principio con la teoría cinético-molecular y la Ley de Charles. El aire contenido dentro del globo ve aumentada su temperatura por el calentador. Esto conduce a un incremento del número de colisiones entre las partículas (mayor velocidad), provocando un crecimiento del volumen (Susan Evans, 2014; Socratica, 2015). Consecuentemente, se produjo el hinchamiento del globo y su ascensión por el Principio de Arquímedes.
El Principio de Arquímedes, aplicado a sólidos en líquidos, tiene muchas aplicaciones en la vida cotidiana como en la aerostática, en la construcción y navegación de barcos y submarinos, densímetros, flotadores o chalecos salvavidas, etc. pero, además, podemos hacer uso de este principio en el aula, en ejemplos muy sencillos, que facilitan la comprensión de lo que contó Arquímedes. Uno de los ejercicios que podemos realizar es determinar el volumen de sólidos, mediante la medida del volumen del agua desplazada al sumergir al sólido en una probeta graduada con agua. Así, podemos pedirle al alumnado que calculen de una forma teórica, mediante la fórmula matemática, el volumen de determinadas figuras geométricas (cubo, esfera…) y después que comprueben el resultado haciendo uso del Principio de Arquímedes.
El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático, será empujado con una fuerza igual al peso del volumen del fluido desplazado por dicho objeto. Este principio explica el funcionamiento de la vejiga natatoria de los peces. La vejiga natatoria es un órgano de flotación que poseen muchos peces óseos. Se trata de una bolsa de paredes flexibles llena de gas que controla la flotabilidad del pez sin necesidad de realizar un esfuerzo muscular. Los peces normalmente tienen la misma densidad que el agua, pero pueden regular dicha densidad comprimiendo o extendiendo su vejiga natatoria. Pueden moverse hacia arriba aumentando el volumen de este órgano (disminuyendo su densidad) o avanzar hacia arriba reduciendo el volumen (aumentando su densidad). (D= m/v; son inversamente proporcionales, si una aumenta, la otra disminuye)
El principio de Arquímides es un concepto básico de física que todos conocemos pero que pocas veces nos han enseñado de manera práctica. Creo que el experimento es sencillo y permite comprobar de manera experimental el principio. De todas formas, creo que se podría mejorar si se ambientara en un contexto más familiar, como podría ser la flotabilidad de un barco.
Xa que o Principio de Arquímedes está máis que explicado nos comentarios previos, gustaríame aportar o seguinte enlace do grupo de divulgación educativa «Teorema Pi» , onde se relata a controvertida historia en cómo Arquímedes descubriu este principio.
Debido a que, para que un objeto flote, la fuerza de flotación sobre el cuerpo debe ser igual al peso del fluido desplazado, los fluidos más densos ejercen una fuerza de empuje más grande que los menos densos. Por lo anterior, un barco flota más alto en agua salada que en agua dulce porque la salada es ligeramente más densa. Lo podemos comprobar nosotros mismos, ya que al bañarnos el mar tenemos una mayor flotabilidad que en un río o en una piscina.
Considero que puede ser muy interesante el investigar un poco en quién está detrás de los principios y/o descubrimientos que se explican en el aula. En este enlace encontramos una biografía bastante completa de Arquímedes donde además nos habla de otro de sus posibles inventos como es el tornillo sin fin.
En esta página he encontrado una manera divertida de explicarle a los niños el principio de Arquímedes, construyendo un submarino con los siguientes materiales: tapón de corcho, pelota de pimpón, jeringuilla de plástico, monedas, llaves, una bolsita de kétchup y una botella de refresco vacía.
Los fluidos ejercen fuerzas ascensionales sobre los objetos situados en su seno. Todo fluido ejerce un Empuje a todo sólido en su seno. La naturaleza y valor de estas fuerzas (o Empuje) quedan determinadas en el Principio de Arquímedes. Un trozo de hierro no flota, pero si le damos forma tal que su densidad sea menor que la del líquido que lo sustenta, sí que flotará.
Como muchos compañeros han aportado es muy interesante la historia del descubrimiento del principio de Arquimedes. Lo que me gustaría destacar es que esta quizás habría sido una historia sin resolver si no fuera el caso que el oro fuese el metal más denso conocido hasta ese momento. Arquímedes solo debía establecer que la corona fuese más densa que cualquiera aleación conocida en la época. De hecho el oro fue el metal más denso conocido hasta el descubrimiento del Osmio en 1803.
Cómo bien sabéis el principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. De este modo se puede explicar por qué flota un barco. A continuación, os dejo un interesante video al respecto.
El principio de Arquímedes refleja tres situaciones que se pueden ocurrir a diario: Que el peso del objeto que se sumerge en un fluído sea mayor al del líquido que desplaza, lo que provoca que el objeto se hunda; Que el peso del objeto que se sumerge sea el mismo que el del líquido que desplaza y como resultado el objeto ni suba ni se hunda; Que el peso del objeto que se sumerge sea menor al del líquido que desplaza, lo que hará que flote en la superficie. Como conceptos relacionados con este principio, podemos hablar también de densidades o de la fuerza de la gravedad.
Leyendo este experimento relacionado con el principio de Arquímedes recordé un vídeo que nos enseñaron en una materia del máster de profesorado, que explica de manera fácil y entretenida este concepto. Puede ser un buen recurso para utilizar con alumnos secundaria.
Al realizar este sencillo experimento en clase podríamos aprovechar para dar a conocer a los alumnos un poco de historia de la ciencia. El principio de Arquímedes nos dice que un cuerpo al sumergirse parcial o totalmente en un fluido, recibe un empuje hacia arriba (fuerza de flotación) igual al volumen del fluido desplazado. Permitiéndonos explicar el fenómeno de flotación de los objetos. Arquímedes llegó a este principio tras que el Rey Hierón II le encargara el diseño de un enorme barco, el Siracusia, que seria enviado como regalo, junto a un cargamento de grano, al rey Ptolomeo III de Egipto.
Este debería ser capaz de cargar 600 personas e incluir entre sus instalaciones jardines decorativos, un gimnasio y un templo dedicado a la diosa Afrodita. Trabajando sobre este ambicioso proyecto fue como Arquímedes llegó al principio que se muestra en este experimento y también a inventar el tornillo de Arquímedes ya que a que un barco de esta envergadura dejaría pasar grandes cantidades de agua a través del casco, el tornillo de Arquímedes supuestamente fue inventado a fin de extraer el agua de la sentina.
Siempre me ha encantado este experimento. Pero incluso más lo que se conoce de la vida y obra de Arquimedes. Por ejemplo fue enviado a Alejandría, Egipto, para recibir su educación. Sus principales intereses, además de las matemáticas y las ciencias, eran la política, la poesía, la astronomía, el arte, las tácticas militares y la música. Su mentor fue Conón de Samos y Eratóstenes de Cirene.
Algunos de sus logros más interesantes han sido:
1.- Demostró con éxito que la plata estaba mezclada con la corona de oro que se hizo para el rey Hiero II.
2.-El tornillo de Arquímedes fue un gran descubrimiento suyo que aún se utiliza para el riego en Egipto.
3.- La Garra de Arquímedes, también conocida como «el agitador de barcos», fue diseñada por él con el fin de defender su ciudad natal, Siracusa.
4.- El Principio de Arquímedes establece que cualquier objeto sumergido en un fluido es impulsado hacia arriba por una fuerza igual al peso del fluido expuesto.
5.- Arquímedes fue famoso por sus aportaciones en el campo de las matemáticas. Determinó el valor de pi con un gran grado de exactitud.
6.- También es conocido por su papel estratégico en la guerra antigua y el desarrollo de técnicas militares.
Como comentó Roberto el 6 de enero de 2022, los fluidos más densos ejercen una fuerza de empuje más grande que los menos densos y por ello una misma persona flota mejor en el agua del mar (más densa por su mayor concentración de sales) que en el agua de un río o piscina. Flotaremos más en el agua más densa, que será la que más nos empuje. Para continuar con este ejemplo podemos preguntar al alumnado: ¿cómo será la flotabilidad de esa misma persona en el mar Muerto? Otra imagen interesante es la de una bola de billar (densidad = 4.0 g/cm3) flotando en una taza llena de mercurio (densidad = 13.6 g/cm3). Os dejo este enlace-experiencia para trabajar este contenido con el alumnado en un simulador de flotabilidad. Otro concepto que puede relacionarse con el principio de Arquímedes es la propiedad general de la materia ordinaria conocida como impenetrabilidad, o resistencia que opone un cuerpo a que otro ocupe su lugar en el espacio (ningún cuerpo puede ocupar al mismo tiempo el lugar de otro).
Es una forma fácil de ejemplificar el Principio de Arquímedes en el agua. Por este mismo fenómeno sucede que somos capaces de sostener o mover objetos más pesados en el agua que fuera de ella.
Interesante video que muestra como se puede calcular una fuerza de empuje. Se podrían emplear los elementos de este video para contar la historia de rey Hieron II de Siracusa y su corona de oro.
O principio de Arquímedes foi un dos que me resultou fácil de entender cando mo explicaron, grazas ao exemplo do barco flotando na auga. Este experimento fai máis evidentes as forzas implicadas ao mostrar as variacións de peso na báscula.
Viendo los vídeos… (bueno, uno de ellos ya no se podía, sólo devuelve letras chinas), lo primero que pensé es en darse un baño (que ya ni me acuerdo, ahora la vida acelerada sólo me permite duchas) y el agua que desaloja. O, al meterse en una piscina en verano. Curiosa la historia del propio Arquímedes publicada en el primer comentario que, justo habla del mismo lugar.
O principio de Arquímedes penso que é das leis máis «romantizadas», termo habitual nas redes non recollido nin na RAG nin na RAE co que só quero dicir que me parece bonito de ver. Bonito porque hai auga na ecuación, pero tamén porque é díficil de descrifrar de primeiras para un ollo. Unha moeda non flota, nin poñéndoa en vertical nin en horizontal, pero si a cáscara da noz: ao final é a densidade. Pero este feito non nos é tan estrano cando vemos as fases separadas dunha mestura; auga abaixo e aceite arriba. Ao final vén a ser o mesmo.
O principio de Arquímedes inclúe unha das leis máis básicas da dinámica de fluídos: o volume de fluído desprazado provocado pola inmersión dun corpo nese fluído equivale ao volume dese corpo. Aproveito para compartir con vos un deseño de investigación na aula na que utilizo esta lei e que desenvolvín para a materia Deseño de Investigacións e Propostas Innovadoras en Ciencias Experimentais do Máster Universitario en Profesorado en Educación Secundaria Obrigatoria, Bacharelato, Formación Profesional e Ensino de Idiomas. Especialidade: Ciencias Experimentais. Bioloxía, Xeoloxía, Física e Química. Aquí empregamos a lei para descubrir o volume das nosas mans, e así coñecer se a dominante é máis grande que a outra; tamén con aplicacións na medicina para medir unha man con edema. É sobretodo unha proposta educativa para familiarizar aos rapaces co método científico de forma doada.
Neste experimento, observamos dous puntos nos que cambia a tendencia da forza. O primeiro dase cando se empeza a observar a forza de flote cara arriba que experimenta o corpo, e o segundo cando xa unha vez flotando o cilindro, se aumenta o seu peso engadindo auga ao interior do cilindro. Creo que sería interesante estudar máis pormenorizadamente, nese primeiro punto, ata que nivel a auga debería rodear o cilindro para empezar a exercer unha forza apreciable cara arriba. Neste caso o cilindro está suspendido, pero se estivese pousado nunha superficie e houbese unha pinga de auga en contacto co cilindro, non se observarían cambios no sistema de forzas: até que punto hai que engadir «pingas de auga » para que sexa apreciable?
Un experimento muy fácil de replicar de múltiples formas distintas y muy importante por el principio de Arquímedes con el que se relaciona. Ideal para alumnos de primaria para explicarles (y para que comprueben ellos mismos) como es posible que incluso los barcos más pesados floten sin ningún problema. También, en el caso de los alumnos de secundaria, para poner en práctica ejercicios de equilibrio de fuerzas.
El principio de Arquímedes es un principio fundamental en la física que describe el comportamiento de los fluidos, ya sean líquidos o gases. Este principio fue formulado por el antiguo matemático, físico e inventor griego Arquímedes. Dicho principio establece que un cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del fluido que desaloja. Es decir, la fuerza de flotación que actúa sobre un cuerpo sumergido es igual al peso del volumen de fluido desplazado por el ese cuerpo. La realización de este experimento en el aula favorece a la comprensión por parte del alumnado de por qué los objetos flotan o se hunden en un fluido, y es la bases para el diseño de barcos y submarinos, así como para entender fenómenos relacionados con la flotación y la densidad en la física. En el siguiente video, se realiza una pequeña demostración de dicho principio para poder realizarlo en el aula.
Un buen experimento para ver y comprender el principio de Arquímedes. Este principio afirma que cuando se sumerge en un fluido un objeto actúan sobre el dos fuerzas, el peso que empuja hacia abajo, y el empuje del fluido que va hacia arriba. El empuje hacia arriba es igual al peso del fluido que desplaza el objeto. Gracias a esta ley podemos calcular el volumen de objetos irregulares que se encuentran en la naturaleza o la densidad de los mismo. Además, con este principio se explica la flotabilidad de los barcos o los globos aeroestáticos.
Desde un punto de vista práctico, este principio ha tenido aplicaciones inmensas en diversas áreas, desde la ingeniería naval, donde es crucial para el diseño de barcos y submarinos, hasta la medicina moderna, donde se utiliza en técnicas de medición de la densidad ósea y la composición corporal. La capacidad de un objeto para flotar o hundirse, determinada por este principio, es fundamental en el diseño y construcción de estructuras marítimas, y en la comprensión de los procesos naturales, como el flotamiento de los icebergs.
Un experimento básico y fácil para introducir el principio de Arquímedes y los alumnos puedan comprobar de forma numérica aplicando la fórmula.
Una vez asimilado el principio podemos ver ejemplos practicos donde se aplica como es el caso de barcos, bases petrolíferas y otras contruciones mucho mas conplejas que tambien se basan en esto.
Mostrar como funcionan principios tan básicos como el de Arquímedes les permite visualizar mejor la forma de ver la vida cotidiana o incluso elementos fascinantes como los globos aerostáticos, que utilizan este mismo principio para volar por el cielo. ¡Muchas gracias por tanto Arquímedes!
El principio de Arquímedes es probablemente uno de los principios físicos más conocidos, pero del que muchas veces se tienen concepciones erróneas. Por esta razón, llevar a cabo esta demostración con nuestro alumnado ayudará a que verdaderamente comprendan el empuje hidrostático descrito por el científico griego. Además, las aplicaciones que podríamos comentar son múltiples: flotación de barcos y submarinos, chalecos salvavidas, densímetros…
Este experimento es correcto respecto a la Ley de Arquímedes, «Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido (líquido o gas) recibe un empuje ascendente, igual al peso del fluido desalojado por el objeto», sin embargo considero que, como complemento para fijar los conceptos, debe ir acompañado de representaciones gráficas explicativas como el vídeo de Noa donde claramente se ve este principio en imágenes esquemáticas pero muy bien explicadas.
El principio de Arquímedes nos explica por qué un cuerpo flota en el agua al experimentar ese empuje ascendente. Hay muchos experimentos que nos permiten ver este principio en el aula de una forma sencilla.
En comentarios anteriores se enumeran diferentes aplicaciones del principio de Arquímides en la vida cotidiana, como la flotación de objetos debido a que la fuerza hacia arriba que experimenta un cuerpo es igual al peso del fluido desplazado por el mismo, o en el estudio de densidades de cuerpos o fluidos.
Otra aplicación se encuentra en los globos de helio. El helio es menos denso que el aire circundante, por lo que el globo experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del aire desplazado.
Para exponer en una clase de física o de biología, me parece fascinante el vídeo del cuervo que usa el principio de Arquímedes. Los córvidos son conocidos por su capacidad de resolver problemas complejos. Se objetivó que los cuervos que quieren alcanzar el agua o comida en la superficie de la misma dentro de un recipiente (siendo el nivel del agua demasiado bajo para que el cuervo pudiera alcanzarla con el pico), el ave reconoció el problema, se dio cuenta de que no podía alcanzar la comida por lo que usó «herramientas», en este caso piedras cercanas que depositó en el recipiente de tal forma que las piedras desplazaron el agua, hasta que estuvo al alcance del pico. Los cuervos entienden la relación entre depositar piedras y la elevación del nivel del agua usando herramientas para salvar un obstáculo.