Arquímedes
25 May, 2012
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PDFEureka
PRESENTACIÓN: A forza de pulo que exerce un fluído sobre un obxecto equilibra exactamente o peso do fluído desprazado polo obxecto.
Escola de Enxeñaría de Minas e Enerxía | Universidade de Vigo
Enxeñaría da Enerxía | Enxeñaría dos Recursos Mineiros e Enerxéticos
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27 responses to "Arquímedes"
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 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.