Page 219 - Libro Hipertextos Fisica 1
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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
                                                                                                             © Santillana  219


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