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Componente: Procesos físicos
El ejemplo anterior muestra que al aplicar una fuerza en un pistón, la
fuerza producida en un pistón de mayor área es mayor. Esta es la razón
por la cual este tipo de sistemas recibe el nombre de máquinas hidráuli-
cas, pues a partir de la aplicación de una fuerza de menor intensidad se
obtiene una fuerza de mayor intensidad.
Una de las aplicaciones de este concepto es el empleado en el sistema de
frenos hidráulicos de un automóvil, el cual consta de un pistón que se
acciona cuando se oprime el pedal y de unos pistones en cada rueda, de Figura 7. Sistema de frenos hidráulico
tal manera que al aplicar una fuerza de menor intensidad sobre el pedal de un automóvil
se obtiene una fuerza de mayor intensidad, en los pistones de las ruedas,
suficiente para detener el automóvil (figura 7).
1.5 El principio de Arquímedes
Arquímedes descubrió su famoso principio cuando se le pidió que de-
terminara si una corona estaba fabricada con oro puro, o si había sido
adulterada. Al meterse un día en la bañera y observar que el nivel del
agua subía, imaginó cómo resolver el problema y salió a la calle gritando
¡Eureka! (¡Lo he encontrado!). Para corroborar su idea, sumergió la co-
rona en agua y midió el volumen de líquido desplazado, después midió
el volumen de agua que desplazaba una masa, igual que la corona, de oro
puro y los comparó. Así Arquímedes resolvió el enigma: la corona no era
de oro puro, estaba hecha de una aleación.
De esta manera el principio de Arquímedes nos permite interpretar el
comportamiento de un sólido que se sumerge total o parcialmente en un Figura 8. La pelota inflada es difícil de sumergir
en un balde con agua.
fluido. Por ejemplo, ¿has sumergido una pelota inflada en un balde con
agua? (figura 8).
Cuando la pelota se sumerge se percibe que esta experimenta una fuerza,
que es ejercida por el líquido. Esta fuerza, dirigida hacia arriba, es ejer-
cida por los fluidos sobre los sólidos que se sumergen en ellos y se conoce
como fuerza de empuje.
Como lo hemos descrito, cuando un sólido se sumerge en un fluido, este
le ejerce fuerza perpendicular a las paredes en cada punto del sólido, de
tal manera que las fuerzas que actúan horizontalmente se anulan entre
sí y la fuerza neta en dicha dirección es igual a cero. También sabemos
que cuanto mayor es la profundidad, mayor es la presión, así que para el
caso del cilindro (figura 9a), tenemos que la fuerza ejercida hacia arriba
en la cara inferior es mayor que la fuerza ejercida hacia abajo en la cara Figura 9a. Un cilindro sumergido en un líquido,
superior. De ahí que la fuerza vertical, o fuerza de empuje, ejercida por a mayor profundidad experimenta mayor presión.
el líquido sobre el cilindro se dirija hacia arriba.
Para determinar una expresión para la fuerza de empuje, supongamos
que un sólido se encuentra sumergido dentro de un líquido cuya densi-
dad es r como muestra la figura 9b.
l
La cara inferior del cilindro, que se encuentra a una profundidad h ,
1
experimenta una fuerza F ejercida sobre su superficie A. Esta presión h F 2
1
ejercida por el líquido sobre la cara inferior del cilindro es P y se expresa 2 h
1
como: 1
P 5 r ? g ? h
1 l 1 F 1
Como P 5 F / A entonces:
1
1
F 5 P ? A Figura 9b. La fuerza que experimenta el cilindro
1
l
F 5 r ? g ? h ? A en la cara superior es menor que la fuerza que
experimenta en la cara inferior.
1 l 1
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