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¿Es Bouyant Force una fuerza conservadora?

¿Cómo se puede decidir si la fuerza de empuje es Conservador o no ?

Traté de tomar dos casos.

Para objetos con densidad menor que la densidad del fluido : No importa cuán profunda tomamos el objeto , que viene con algunas energía cinética . Así que parece ser que es una fuerza conservadora con parte de la energía potencial asociada con él .

PERO

Para objetos con densidad mayor que la densidad del líquido : No importa cuán profunda tomamos el objeto , que nunca viene . Así que parece que no es una fuerza conservadora .

Cuál es la correcta ?

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aceinthehole Puntos 1460

Para un objeto que se sumerge completamente la fuerza de empuje es constante (en magnitud y dirección) exactamente como el habitual "cerca de la superficie de la Tierra" aproximación a la gravedad. Esa parte es claramente conservador.

Para calcular el comportamiento de un objeto mientras parcialmente sumergido tanto dependen de Arquímedes el principio, que nos dice que la fuerza de empuje es proporcional al peso del volumen desplazado. El acto de sumergir el cuerpo puede requerir una distancia diferente dependiendo de la forma y orientación del cuerpo, por lo que puede ser sospechoso.

Tomar para un ejemplo concreto de un no-esférica, elipsoidal objeto. Por la simetría y de la construcción, se requerirá el mismo promedio de la fuerza para insertar en el fluido en cualquier ángulo, pero que la fuerza se aplica sobre una distancia diferente dependiendo de la orientación. El acto de sumergir el objeto en sí mismo requiere diferentes cantidades de trabajo dependiendo de la orientación del objeto.

Pero antes de decir "Ah! Ja!" debemos considerar que el inicio y final de las condiciones de la puesta final del largo camino están separados por una gran distancia total de aquellos para ponerlo en el camino más corto. Para saber si la fuerza es conservador sobre los caminos que nos tienen que hacer los puntos inicial y final de la misma. Permitir que el punto de partida de la COM a una distancia $a$ más de la superficie del fluido y el punto final a una distancia $a$ por debajo de la superficie (donde $a$ es el semi-eje mayor de la elipse en algunos de sección). El trabajo realizado por la gravedad además de flotabilidad en una trayectoria vertical entre los puntos es $$W_a = 2a\left(\rho_o - \frac{1}{2} \rho_f \right)V_o g\;,$$ donde $V_o$ es el volumen del objeto y las densidades $\rho_{o,f}$ son para el objeto y el líquido respectivamente. Comparar a la reducción de la orientada a objetos, de manera que el eje menor $2b$ es vertical. El trabajo a realizar es \begin{align*} W_b &= \left[(a-b) \rho_o V_o g\right] + \left[2b\left(\rho_o - \frac{1}{2} \rho_f\right)V_o g \right]+ \left[(a-b) \left(\rho_o - \rho_f\right)g V_o\right] \\ &= \left[ \left((a-b) \rho_o\right) + \left(2b\left(\rho_o - \frac{1}{2} \rho_f\right) \right)+ \left((a-b) \left(\rho_o - \rho_f\right)\right)\right]V_o g \\ &= \left[ \left[ (a-b) + 2b + (a-b) \right] \rho_o - \left(b + (a-b)\right)\rho_f\right]V_o g \\ &= \left[ 2a\rho_o - a\rho_f\right]V_o g \\ &= 2a\left( \rho_o - \frac{1}{2}\rho_f\right)V_o g \;, \end{align*} exactamente como antes.

Esto demuestra que, al menos para lo suficientemente simétrica objetos y teniendo en cuenta la combinación de la gravedad y flotación incluso mojando el proceso es conservador. Extensión explícita a formas arbitrarias requiere que la suma se hace aquí se realiza de forma integral, con especial atención a los criterios de valoración y el completamente fuera del agua y completamente bajo el agua partes del movimiento, pero también se podría apelar a la intuición acerca de tener que mover la misma cantidad de líquido hacia arriba para lograr la inmersión.

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