Flotabilidad y Empuje
La flotabilidad es la tendencia de un fluido a ejercer una
fuerza de soporte sobre un cuerpo colocado en el fluido.
La estabilidad se refiere a la capacidad que tiene un
cuerpo, cuando está en un fluido, de regresar a su posición original después de
ser inclinado con respecto a un eje horizontal.
La fuerza de flotación actúa verticalmente hacia arriba a
través del centroide del volumen desplazado.
Fuerza de Flotación
Fb = γf
Vd
Fb =
Fuerza de flotación.
γf = Peso
específico del fluido.
Vd =
Volumen desplazado del fluido.
γf = (D.R)(g)
γf = Peso
específico del Fluido
D.R = Densidad
Relativa o Gravedad Específica
g = Gravedad
Procedimiento de solución para problemas de flotabilidad
1.- Determinar el objetivo de la
solución del problema. ¿Se desea de
terminar una fuerza, un peso, un volumen o
un peso específico?
2.- Dibujar un diagrama de cuerpo
libre del objeto presente en el fluido. Muestre todas las fuerzas que actúan
sobre el cuerpo libre en la dirección vertical, incluyendo el peso del cuerpo,
la fuerza de flotación y todas las fuerzas externas. Si no conoce la dirección
de alguna fuerza, suponga lo más probable y muéstrela sobre el cuerpo libre.
3.- Escriba la ecuación de
equilibrio estático en la dirección vertical, ∑Fy=0, suponiendo que
la dirección positiva es hacia arriba.
4.- Despeje la fuerza, el peso,
el volumen o el peso específico que se desea encontrar; recuerde los siguientes
conceptos:
a) La fuerza
de flotación se calcula a partir de Fb = γfVd.
b) El peso de
un objeto sólido es el producto de su volumen total por su peso específico; es
decir:
w = γV
w = Peso del Objeto
γ = Peso específico
del Objeto
V = Volumen del
Objeto
c) Un objeto
con un peso específico promedio mayor que el del fluido tenderá a hundirse
porque w>Fb con el objeto sumergido.
d) Un objeto
con un peso específico promedio menor que el del fluido tenderá a flotar porque
w<Fb con el objeto sumergido.
e) La
flotabilidad neutra se produce cuando un cuerpo se mantiene en una posición
dada, independientemente de lo sumergido que esté en un fluido. Un objeto cuyo
peso específico promedio es igual al del fluido es neutralmente flotante.
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