¿Puede explicarme cuál es la causa de la fuerza de flotación ? ¿Es el resultado de un gradiente de densidad, o es como una fuerza normal con objetos sólidos?
Es el resultado de una dependencia de la presión con la profundidad creciente, debido al campo gravitatorio (es decir, el peso del agua).
Puedes hacer un cálculo fácil con alguna forma geométrica sencilla, por ejemplo, un cilindro totalmente sumergido en el agua, para entender rápidamente cómo funciona. La fuerza debida a la presión en cada elemento de la superficie de la pared curva del cilindro es proporcional a la profundidad de ese elemento, y tiene la dirección normal a la pared, es decir, hacia el eje del cilindro. Tras una fácil integración en coordenadas polares, se puede ver que la fuerza resultante apunta hacia arriba. Esto se debe a que las fuerzas en las partes superiores son menores que las que se encuentran cerca de la parte más sumergida del cilindro.
Una conclusión sorprendente es que una pelota de golf sumergida en un tanque de agua en la estación espacial, no iría hacia arriba... o que las burbujas de una coca-cola en las manos de un astronauta se quedan donde se originan... Me encantaría ver eso.
Tuve que buscar teeter-totter para descubrir que es un balancín. 54 países divididos por una lengua común
Buenas respuestas, pero déjame intentar hacerlo intuitivo.
El agua pesa 1 gramo por centímetro cúbico (o 1 kilo por litro, un cubo de 10 centímetros de lado, si lo prefiere).
Así que si tienes un tubo de 1 centímetro cuadrado, tapado en el fondo, y lo llenas de agua hasta una altura de N centímetros, entonces sabes cuánta presión hay en el fondo. Es simplemente el peso del agua en el tubo, N gramos, ¿verdad?
Ahora coge el tubo, sin tapar el fondo, y mételo en agua hasta una profundidad de N centímetros. Entonces el agua que hay dentro pesa N gramos, ¿no? Entonces, como el agua se queda en el tubo (no sale por el fondo) el agua exterior en el fondo del tubo tiene que estar empujando hacia arriba con una presión igual al peso del agua en el tubo - N gramos por centímetro cuadrado.
Ahora, con el tubo todavía en el agua, a N centímetros de profundidad, sella el fondo del tubo con algún tipo de membrana y aspira el agua del tubo para que quede vacío. ¿Cuánta presión ejerce el agua exterior contra la membrana del fondo del tubo? La misma, ¿no? N gramos por centímetro cuadrado. Sin embargo, como el tubo no tiene N gramos de agua en su interior, presionando hacia abajo, el propio tubo está siendo empujado hacia arriba por la presión de N gramos por centímetro cuadrado en el fondo, que no está siendo igualada por un peso igual de agua en el tubo presionando hacia abajo.
Eso es la flotabilidad.
Consideremos una taza llena de agua sumergida en un cubo lleno de agua. El agua ejerce una fuerza sobre los lados de la taza, así como sobre su parte superior e inferior. las fuerzas laterales que ejerce el agua sobre la taza son iguales y opuestas, por lo que se anulan. Como la parte superior de la taza está a menor profundidad en el agua, experimenta menos fuerza hacia abajo. la parte inferior de la taza está a mayor profundidad, por lo que experimenta más fuerza hacia arriba. Por lo tanto, hay una fuerza neta sobre la taza en la dirección ascendente. La fuerza neta hacia arriba en la taza es igual a la diferencia entre la fuerza hacia arriba que actúa en su parte inferior y la fuerza hacia abajo que actúa en su parte superior. Esta fuerza ascendente neta que actúa sobre la taza es la fuerza de flotación que reduce el peso efectivo de la taza y la hace sentir más ligera.
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