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Desarrollo

1. Una pequeña pieza de acero está unida a un bloque de madera. Cuando la madera se coloca en una tina de agua con el acero en la parte superior, la mitad del bloque está sumergida. Si el bloque se invierte de modo que el acero se encuentre bajo el agua, la cantidad sumergida del bloque ¿aumenta, disminuye o sigue igual? ¿Qué pasa al nivel del agua de la tina cuando el bloque se invierte?

Según el principio de Arquímedes, se puede determinar de la siguiente forma.

Situación N°1: Cuando el bloque de madera tiene e su parte superior (encima) la pieza de acero, la fuerza de empuje se determina así:

E = d*v*g (densidad del agua ya conocida 1000 Kg/m^3)

Para cálculo de empuje.

E= Empuje

D= Densidad del agua

V= Volumen de la pieza de acero

G= Gravedad

Situación N° 2: Sobre la pieza de acero actúa el empuje hacia arriba y su propio peso hacia abajo, la fuerza resultante será la resta de ambas, al tener el empuje se calcula el peso, previamente la masa de la pieza de acero y esta se calcula con su densidad y volumen (el acero debe estar SY)

Formulas: p = m*g

m = d*v

Obs. Cuando el peso es mucho mayor que el empuje, la fuerza resultante será P-E y la pieza de acero se iría al fondo.

Respecto al cálculo del bloque de madera tenemos lo siguiente:

Situación N°1: Es muy similar a los cálculos realizados con la pieza de acero, pero esta vez es un bloque de madera con un volumen determinado, por lo tanto:

Empuje será: E = d*v*g

Masa del Bloque: m = d*v

Y su peso será: P= m*g

Obs. Si el resultado del empuje es mayor que el peso, la fuerza resultante será hacia arriba, lo que ara que el cuerpo o bloque suba a flote.

Situación N°2: Una vez que el bloque de madera emerja, solo emergerá una parte de este, pero no disminuirá el volumen sumergido, por lo que el empuje también lo hará. El bloque de madera quedará en equilibrio a flote cuando el empuje sea igual al peso y no actúe resultante sobre él.

Para calcular cuánto volumen permanece sumergido cuando está a flote.

A flote: E= p

P= d*v

Despejamos: v = d

Sumergido

La diferencia de este volumen bajo el agua y el volumen del bloque será la parte emergida.

Obteniéndose el porcentaje del bloque emergido.

V = V * d

Emergido Sumergido

La respuesta a la pregunta si aumenta, disminuye o si fue igual la parte sumergida del bloque cuando está la pieza de acero sumergida en el agua, va a depender del peso y la fuerza de empuje resultante, si el peso es mayor que la fuerza, la pieza de acero hará que el bloque de madera se hunda y viceversa, si es igual al bloque de madera quedará semi sumergido.

Si el bloque de madera con la pieza de acero se invierte, quedando la pieza de acero en contacto con el agua aplicando el principio de Arquímedes, es igual al peso del líquido que desaloja, será desplazada hacia afuera si el recipiente o tina está llena o aumentará en proporción a la pieza de acero.

2. La presión atmosférica es alrededor de 105 N/m2 y el área del pecho de una persona es de unos 0.13 m2. La fuerza de la atmósfera en el pecho de un ser humano es de unos 13 000 N. En vista de esta enorme fuerza, ¿por qué no se destruyen nuestros cuerpos?

La presión atmosférica, es la presión que ejerce la atmosfera sobre la superficie de la tierra. A nuestro cuerpo no lo destruye la presión atmosférica, debido a que las cavidades internas del cuerpo humano están llenas de aire, sangre y otros fluidos, y estos están a la misma presión que la atmosfera, por lo tanto permanecen en equilibrio las presiones dentro y fuera del cuerpo. Si la presión del cuerpo disminuye o aumenta, el cuerpo lo siente de inmediato.

En el buceo, a medida que descendemos en el agua, el cuerpo siente la presión de inmediato, y esta aumenta conforme se va descendiendo, esta presión en nuestro cuerpo se debe al peso del agua, debido a ello sin tanques de oxígeno, el ser humano no puede descender a más de 40m.

En el alpinismo, a medida que el hombre asciende la presión atmosférica y la presión de oxigeno disminuye, motivo por el cual se detecta un zumbido en el oído, dificultad

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