Empuje de Arquímedes

Nos gustaría contaros una historia que se remonta mucho tiempo atrás. Se establece en el siglo III antes de Cristo y precisamente en la ciudad de Siracusa, en Sicilia.
Se dice que Gerone, el tirano que gobernaba la ciudad en ese momento, sospechaba que el orfebre que había hecho la corona real, en lugar de derretir solo oro, también había usado metales menos nobles como la plata y el cobre para ahorrar dinero.

El cauteloso rey le encargó al famoso matemático Arquímedes, su amigo personal que descubriera el posible fraude, teniendo cuidado, sin embargo, de no dañar la preciosa corona de ninguna manera.
Arquímedes inmediatamente hizo un esfuerzo por tratar de complacer al soberano, pero con malos resultados. El tiempo pasó sin que él resolviera el problema. Hasta que un día, mientras se bañaba, sumergiéndose en la bañera, tuvo la intuición correcta.

Parece que, contento de haber tenido esta idea, Arquímedes saltó desnudo de la bañera y, sin vestirse, comenzó a correr por las calles de la ciudad gritando eureka (que en griego significa ” encontré “).

Empuje de Arquímedes

¿Qué había descubierto realmente Arquímedes durante ese famoso baño? El científico siracusano había percibido esa ley fundamental de la física, que más tarde tomó su nombre, que explica la razón de la flotación de los cuerpos.

Esta ley establece que si dos objetos del mismo peso pero hechos de diferentes materiales se sumergen en agua (o en cualquier otro líquido), reciben un empuje hacia arriba que depende exclusivamente de su volumen y no de su composición: mayor El volumen de agua desplazado por el cuerpo, mayor es el empuje recibido.

Dado que, por el mismo peso, el material más ligero ocupa un mayor volumen (un kilo de madera, por ejemplo, ocupa un mayor volumen que un kilo de hierro), recibe un mayor empuje del líquido.
Así es como Arquímedes logró verificar la honestidad del orfebre.

Primero obtuvo una barra de oro del mismo peso que la corona. Luego colgó el lingote y la corona en los dos brazos de una balanza y los sumergió en dos recipientes llenos de agua. Si la corona hubiera sido todo oro, la balanza habría tenido que permanecer en equilibrio, porque la corona y el lingote habrían ocupado el mismo volumen y, por lo tanto, el empuje del agua habría sido el mismo en las dos placas de la balanza.

De hecho, parece que el orfebre era realmente deshonesto y, por lo tanto, el volumen ocupado por la corona era mayor que el del lingote de oro debido a la presencia de materiales más ligeros. Como resultado, la corona recibió un mayor empuje del líquido que causó que la balanza se colgara del lado del lingote.
Tú también puedes verificar fácilmente las características del empuje de Arquímedes con un simple experimento.

Primer paso
Primero toma una hoja de papel de aluminio y arrúgala para hacer una bola no demasiado comprimida de aproximadamente un par de centímetros de diámetro.

Segundo paso
Luego llena un recipiente con agua y coloca la bola en la superficie del agua. Verás que la pelota flota sin dificultad.

Tercer paso
Ahora sumerge la pelota en el agua y agítala durante unos diez segundos para que el aire atrapado en su interior salga por completo: ya no verás burbujas de aire saliendo de la pelota.
Si en este punto dejas la pelota, verás que permanecerá en el fondo sin salir a la superficie.

Explicación
La explicación de este comportamiento es simple. La pelota flota inicialmente debido al aire atrapado dentro de ella.
Con agua en lugar de aire, la pelota tiene una mayor densidad y con el mismo volumen tiene un mayor peso; por lo tanto, dado que el empuje de Arquímedes ahora es menor que su peso, ya no puede flotar y va al fondo.