Cómo calcular la línea de flotación de las boyas

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Las boyas, los globos y los barcos son ejemplos familiares de elementos que flotan. El fenómeno de flotación, sin embargo, comúnmente no se entiende. La flotación la explicó por primera vez el matemático griego Arquímedes, quien formuló el famoso principio que lleva su nombre. El principio de Arquímedes dice que sobre un objeto completamente o parcialmente sumergido en un fluido (líquido o gas) actúa una fuerza hacia arriba o de flotación igual al peso del líquido desplazado. La fuerza de flotación surge de la diferencia de densidad entre el fluido y el objeto sumergido en el líquido.

Imagina una boya de corcho flotando en el agua. Supongamos que la boya tiene un volumen de 2 pies cúbicos (56,63 L) y una densidad de 15 libras por pie cúbico (226,66 kg/m3). Calcula el peso de la boya de la siguiente manera: 2 pies cúbicos (0,06 m3) x 15 libras/pie al cubo (6,8 kg/m3) = 30 libras (13,61 kg).

Calcula el peso de agua que tiene un volumen igual al de la boya, utilizando 62,4 libras/pies cúbicos (943,33 kg/m3) como la densidad del agua, de la siguiente manera: 2 pies cúbicos (0,06 m3) x 62,4 libras/pie cúbico (943,33 kg/m3) = 124,8 libras/pie cúbico (56,60 kg/m3).

Ten en cuenta que la boya, si se mantiene bajo el agua, desplaza 124,8 libras de agua (56,61 kg). De acuerdo con el principio de Arquímedes, la fuerza de flotación que actúa sobre el corcho es de 124,8 libras (56,61 kg), la cual es mayor que el peso del corcho. Por lo tanto, si se libera el corcho, la fuerza de empuje lo empujará a la superficie, donde permanecerá parcialmente sumergido.

Calcula el volumen de agua desplazado por la boya de la siguiente manera: 30 libras (13,61 kg) de agua / [62,4 libras/pie cúbico (943,33 kg/m3)] = 0,481 pies cúbicos (0,015 m3).

Calcula la cantidad de volumen de la boya que permanece por encima de la superficie del agua, de la siguiente manera: 2 - 0,481 = 1,519 pies cúbicos (0,04 m3s). Por consiguiente, el porcentaje de volumen de la boya por encima del agua es: [1,519 / 2] x 100 = 76%.