El principi d'Arquimedes diu que un cos submergit en un fluid experimenta una força de flotació igual al pes del fluid desplaçat. Aquesta força es deu a la pressió que el fluid exerceix sobre la superfície de lobjecte submergit.
En aquest article veurem com es pot utilitzar aquest principi per experimentar i també trobarem alguns dels seus usos pràctics.
El principi d'Arquimedes va ser descobert per Arquimedes de Siracusa, un enginyer i matemàtic grec que va viure al segle III a. C. Segons la llegenda, va descobrir aquest principi mentre es banyava.
Arquimedes és un dels científics més importants de l'antiguitat. A més de la llei d'Arquimedes, també va inventar la roda hidràulica i el torn mecànic, i va fer importants aportacions a la geometria i la trigonometria.
Què és el principi d'Arquimedes?
El principi d'Arquimedes és una llei física que descriu el comportament dels cossos flotants i submergits en un fluid.
D'acord amb l'experiment d'Arquimedes, el volum del fluid desallotjat és igual al volum de l'objecte submergit. Alhora, segons aquest principi el cos submergit experimenta una força d'empenta cap amunt igual al pes del volum del fluid desallotjat.
Aquesta força, que es coneix com a “empenta”, es produeix quan els fluids interaccionen amb objectes sòlids. El fluid exerceix una pressió a cada porció de superfície de l'objecte. L'empenta és la suma de totes aquestes pressions per unitat d'àrea i s'aplica al centre de gravetat de l'objecte d'estudi.
El pes que correspon al fluid desallotjat és igual al producte de l'acceleració de la gravetat per la densitat del fluid i pel volum d'aquesta porció.
Què és un fluid?
És una substància que flueix contínuament, ja sigui en estat gasós o líquid. Els fluids poden ser líquids comuns (com l'aigua), gasos (com l'aire), fluids especials (com els olis lubricants).
Com funciona el principi d'Arquimedes?
Imagina que ets dins una piscina flotant, és a dir, parcialment submergit. Segons el principi d'Arquimedes, experimenta una força cap amunt igual al pes de l'aigua que has desplaçat.
En altres paraules, la força que exerceix la gravetat sobre tu és igual que el pes de l'aigua desplaçada per tu.
Aquest principi es pot experimentar facilment mitjançant el métode científic.
Com es determina la densitat flotant?
Per saber si un objecte flota o no, cal conèixer la densitat de l'objecte i la densitat del fluid que l'envolta. Segons el principi d'Arquimedes, si l'objecte és més lleuger que el fluid (té menys densitat), hi flotarà; si és més pesat (té més densitat), l'objecte s'enfonsa perquè l'empenta no pot contrarestar la força de la gravetat.
Experiment del principi d'Arquimedes
Ell Rei Hierón II de Siracusa li va sol·licitar a l'orfebre que creés una corona d'or però tenia la sospita que el material de l'interior no era veritablement or. Per corroborar-ho. va demanar a Arquimedes que pensés un mètode manual per provar si es tractava completament d'or o incloïa algun material més barat.
Arquimedes va intentar resoldre aquest problema, però inicialment va ser incapaç de trobar la manera. Segons explica la llegenda, la solució hi va arribar mentre es banyava. Quan estava assegut al bany, va notar com pujava el nivell de l'aigua i això ho va inspirar de sobte.
Aquest experiment li va permetre conèixer el volum de la corona mesurant el volum de l'aigua desplaçada. En dividir el volum desplaçat pel pes de la corona va obtenir la densitat de la corona.
En observar que la densitat obtinguda no coincidia amb la densitat de l'or, va confirmar que les sospites del rei eren certes.
Aplicacions del principi d'Arquimedes
El principi d'Arquimedes es pot fer servir en una infinitat d'aplicacions; entre elles destaquem les següents:
-
Determinar el volum d'objectes irregulars, com els que es troben a la natura.
-
Calculeu la densitat dels objectes.
-
Calcular les forces necessàries per aixecar objectes pesants, especialment als camps de l'arquitectura i l'enginyeria.
Exemples pràctics del principi d'Arquimedes
La llei d'Arquimedes és un dels principis físics més importants i és present a la vida diària de moltes maneres. Aquí hi ha alguns exemples pràctics del principi d'Arquimedes:
-
En nedar, el cos humà rep una empenta cap amunt igual al pes de l'aigua que desplaça.
-
Un vaixell al mar flota pel fet que el volum de l'aigua que desplaça és igual al del vaixell. El pes del vaixell és contrarestat per l'empenta cap amunt de l'aigua.
-
Els globus aerostàtics se sostenen a l'aire pel principi d'Arquimedes. En aquest cas, el fluid és aire. El globus està submergit completament a l'aire la densitat del qual és més gran que la de l'aire calent. Per tant, el globus aerostàtic experimenta una embranzida vertical corresponent al pes de l'aire desallotjat que és superior que el pes de l'aire calent juntament amb el pes de tot el globus.
-
Els icebergs suren perquè l'aigua congelada té una densitat lleugerament inferior a l'aigua líquida. Segons el principi d´Arquimedes, el pes total de l´iceberg és igual al pes de l´aigua que ocuparia la part submergida de l´iceberg.
