Significado de Principio de Arquímedes
Sustantivo masculino compuesto. Nombrado en honor al matemático e inventor griego Arquímedes de Siracusa (c. 287-212 a. C.).
El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido en reposo recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido que ese cuerpo desaloja.
De ese principio se deduce si un objeto flota, se hunde o queda en equilibrio dentro de un líquido o un gas, según cómo se compare su peso con el del fluido desplazado.
Qué es el principio de Arquímedes
El mecanismo detrás del principio es la presión hidrostática, que aumenta con la profundidad: cuanto más abajo está un punto dentro de un fluido, mayor es la presión que soporta, porque tiene más fluido encima empujándolo. Cuando un cuerpo se sumerge, su cara inferior está a más profundidad que su cara superior, así que recibe desde abajo una presión mayor que la que recibe desde arriba. Esa diferencia de presiones, aplicada sobre toda la superficie del cuerpo, se traduce en una fuerza neta hacia arriba: el empuje.
El valor de esa fuerza, llamada empuje o fuerza de flotación, se calcula con la fórmula E = ρfluido · Vsumergido · g, donde ρfluido es la densidad del fluido en kilogramos por metro cúbico, Vsumergido es el volumen de la parte del cuerpo que está bajo la superficie del fluido, en metros cúbicos, y g es la aceleración de la gravedad, unos 9,8 metros por segundo al cuadrado. El resultado se expresa en newtons, la unidad de fuerza del Sistema Internacional.
Lo que determina si un cuerpo flota o se hunde es la comparación entre ese empuje y el peso real del propio cuerpo: si el empuje es mayor o igual que el peso, el cuerpo flota o queda en equilibrio; si el peso es mayor que el empuje máximo posible (con el cuerpo totalmente sumergido), el cuerpo se hunde.
Lo estudia la hidrostática, la parte de la física que analiza los fluidos en reposo, dentro de la mecánica de fluidos. Se aplica también en ingeniería naval, oceanografía y en el diseño de instrumentos de medición de densidad.
Origen del nombre principio de Arquímedes
El nombre honra a Arquímedes de Siracusa, matemático, físico e ingeniero griego del siglo III a. C., a quien se atribuye el descubrimiento de esta ley. Según una conocida anécdota transmitida siglos después por el arquitecto romano Vitrubio, Arquímedes habría dado con la solución mientras se bañaba, al notar cómo el nivel del agua subía al sumergirse, y habría salido corriendo por las calles de Siracusa gritando «¡Eureka!» («¡Lo encontré!»).
Arquímedes expuso el principio de forma rigurosa en su tratado Sobre los cuerpos flotantes, donde lo aplicó para determinar la densidad de objetos irregulares sin necesidad de fundirlos ni deformarlos, comparando su peso en el aire con su peso sumergidos en agua. El nombre «principio de Arquímedes» se consolidó siglos después, cuando la física moderna sistematizó las leyes de la hidrostática.
Aplicaciones del principio de Arquímedes
| Situación | Qué ocurre | Ejemplo |
|---|---|---|
| Densidad del cuerpo menor que la del fluido | El cuerpo flota, porque el empuje sobre su volumen total supera su peso. | Un corcho o un trozo de madera en agua. |
| Densidad del cuerpo mayor que la del fluido | El cuerpo se hunde, porque ni sumergido por completo el empuje logra igualar su peso. | Una piedra en agua. |
| Densidad del cuerpo igual a la del fluido | El cuerpo queda en equilibrio, suspendido dentro del fluido, sin subir ni bajar. | Un submarino con los tanques de lastre ajustados con precisión. |
| Cuerpo hueco con forma adecuada | Aunque el material sea más denso que el fluido, el conjunto flota si desaloja suficiente volumen. | Un barco de acero, cuyo casco hueco desplaza un gran volumen de agua. |
Ejemplos de uso de principio de Arquímedes
El profesor explicó el principio de Arquímedes sumergiendo distintos objetos en una probeta con agua.
Gracias al principio de Arquímedes, un submarino puede hundirse o subir a la superficie según llene o vacíe de agua sus tanques de lastre.
El diseño del casco de un barco aprovecha el principio de Arquímedes para desplazar el volumen de agua necesario y flotar pese a estar hecho de acero.
Con el principio de Arquímedes se puede calcular la densidad de una corona de oro sin necesidad de fundirla, comparando su peso en el aire y sumergida en agua.
Los globos aerostáticos también obedecen una versión del principio de Arquímedes, pero aplicada al aire en lugar del agua.
Sinónimos y palabras relacionadas
Sinónimos: principio de flotabilidad, en algunos manuales de física.
Antónimos: no tiene antónimo propiamente dicho, por tratarse de una ley física.
No es lo mismo que:
- Empuje: es la fuerza concreta que resulta de aplicar el principio; el principio es la ley general que explica de dónde viene esa fuerza y cómo calcularla.
- Densidad: es la magnitud que compara la masa de un cuerpo con su volumen; el principio de Arquímedes usa esa comparación para predecir si un cuerpo flota, pero no es lo mismo que la densidad en sí.
- Flotabilidad: es la capacidad de un cuerpo de flotar en un fluido, la consecuencia observable del principio, no el principio mismo.
Preguntas frecuentes sobre el principio de Arquímedes
¿Por qué flotan los barcos de acero si el acero es más denso que el agua?
Porque lo que importa no es la densidad del material, sino la densidad promedio de todo el barco, incluido el aire de su interior. Al ser hueco, el barco desaloja un volumen de agua mucho mayor que si el mismo acero estuviera compactado en un bloque macizo, y ese volumen desplazado genera un empuje suficiente para igualar su peso total.
¿Qué es exactamente el empuje hidrostático?
Es la fuerza que un fluido ejerce hacia arriba sobre un cuerpo sumergido, resultado de que la presión del fluido es mayor en la parte inferior del cuerpo que en la superior. Su valor equivale siempre al peso del volumen de fluido que el cuerpo desaloja.
¿Es cierta la anécdota de Arquímedes en la bañera?
Es la explicación más conocida sobre cómo llegó al descubrimiento, pero se conoce a través de un relato posterior del arquitecto romano Vitrubio, escrito siglos después de la muerte de Arquímedes, por lo que su exactitud histórica no puede darse por segura.