Fluids and Newton's Laws · Fluidos y leyes de Newton
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| buoyant force/ˈbɔɪənt fɔːs/ | fuerza de empuje |
A steel ship floats, but a steel nail sinks
- Drop a steel nail in water and it sinks at once. Yet a ship made of thousands of tonnes of steel floats.
- The ship wins by pushing aside a huge volume of water — enough to hold its weight up.
- The upward push from a fluid is the buoyant force 浮力.
- It obeys a beautifully simple rule discovered by Archimedes.
Un barco de acero flota, pero un clavo de acero se hunde
- Si sumerges un clavo de acero en agua, se hundirá de inmediato. Sin embargo, un barco construido con miles de toneladas de acero flota.
- El barco logra esto desplazando un enorme volumen de agua — suficiente para soportar su peso.
- La fuerza ascendente ejercida por un fluido es la fuerza de empuje 浮力.
- Esta fuerza obedece a una regla sencilla y elegante descubierta por Arquímedes.
Archimedes' principle
- The buoyant force equals the weight of the fluid displaced: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$.
- It comes from pressure being larger at the bottom of an object than the top.
- $V$ is the submerged volume, and $\rho_{\text{fluid}}$ the fluid's density.
- Push aside more fluid, or a denser fluid, and you get a bigger upward force.
Principio de Arquímedes
- La fuerza de empuje es igual al peso del fluido desplazado: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$.
- Se origina porque la presión es mayor en la parte inferior de un objeto que en la superior.
- $V$ es el volumen sumergido y $\rho_{\text{fluid}}$ es la densidad del fluido.
- Al desplazar más fluido o utilizar un fluido más denso, se obtiene una mayor fuerza ascendente.
A block of volume $0.002\ \text{m}^3$ is submerged in water ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$). What is the buoyant force, in $\text{N}$? · Un bloque de volumen $0.002\ \text{m}^3$ está sumergido en agua ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$). ¿Cuál es la fuerza de empuje, en $\text{N}$?
$F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
Archimedes' principle says the buoyant force equals: · El principio de Arquímedes dice que la fuerza de empuje es igual a:
$F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ — the weight of the fluid the object pushes aside. · $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ — el peso del fluido que el objeto desplaza.
Float or sink? Compare the forces
- Compare the buoyant force (up) with the object's weight (down) — a Newton's-law balance.
- If buoyancy can equal the weight, the object floats; if not, it sinks.
- Equivalently, compare densities: less dense than the fluid ⇒ floats; denser ⇒ sinks.
- A ship floats because its overall (average) density, hull plus air, is low.
¿Flotar o hundirse? Comparar las fuerzas
- Compara la fuerza de empuje (hacia arriba) con el peso del objeto (hacia abajo): un equilibrio basado en las leyes de Newton.
- Si el empuje puede igualar al peso, el objeto flota; si no, se hunde.
- De forma equivalente, se pueden comparar las densidades: menos denso que el fluido ⇒ flota; más denso ⇒ se hunde.
- Un barco flota porque su densidad general (promedio), considerando la casco y el aire interior, es baja.
Will it float? · ¿Flotará?
Compare an object's density with the fluid's and see how buoyancy decides float or sink. · Comparar la densidad de un objeto con la del fluido y ver cómo la flotabilidad decide si flota o se hunde.
An object floats in a fluid when the object is: · Un objeto flota en un fluido cuando el objeto es:
Less dense than the fluid ⇒ buoyancy can support its weight ⇒ it floats. · Menos denso que el fluido ⇒ la flotabilidad puede soportar su peso ⇒ flota.
A steel ship floats because its overall average density (steel plus air) is less than water's. · Un barco de acero flota porque su densidad promedio general (acero más aire) es menor que la del agua.
The hollow hull traps air, lowering the ship's average density below that of water. · La carena hueca atrapa aire, reduciendo la densidad promedio del barco por debajo de la del agua.
Select all · todos things that increase the buoyant force on a fully submerged object. · Seleccione todas las opciones que aumentan la fuerza de empuje sobre un objeto totalmente sumergido.
$F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ grows with volume, fluid density and $g$. Colour is irrelevant. · $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ aumenta con el volumen, la densidad del fluido y $g$. El color es irrelevante.
Why it feels lighter underwater
- Lift a rock underwater and it feels lighter — the buoyant force helps you.
- Its apparent weight is the real weight minus the buoyant force.
- Fully submerged, a denser-than-water object still sinks, but with reduced apparent weight.
- Buoyancy is just Newton's laws applied to the pressure of the surrounding fluid.
Por qué se siente más ligero bajo el agua
- Si levantas una roca bajo el agua, parecerá más ligera: la fuerza de empuje te ayuda.
- Su peso aparente es el peso real menos la fuerza de empuje.
- Totalmente sumergido, un objeto más denso que el agua aún se hundirá, pero con un peso aparente reducido.
- El empuje son simplemente las leyes de Newton aplicadas a la presión del fluido circundante.
The apparent weight of a submerged object is its real weight minus the ____ force. · El peso aparente de un objeto sumergido es su peso real menos la fuerza de ____.
Apparent weight $=$ real weight $-$ buoyant force, so things feel lighter underwater. · Peso aparente $=$ peso real $-$ fuerza de empuje, por lo que las cosas parecen más ligeras bajo el agua.
Buoyancy depends on the volume of fluid displaced and the fluid's density — not on the object's own density or weight directly. Floating vs sinking is decided by comparing the buoyant force to the weight (or the object's density to the fluid's).
El empuje depende del volumen de fluido desplazado y de la densidad del fluido — no directamente de la densidad o el peso propio del objeto. La decisión entre flotar o hundirse se toma comparando la fuerza de empuje con el peso (o la densidad del objeto con la del fluido).
A block of volume $0.002\ \text{m}^3$ is fully submerged in water ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$).
- $F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
If the block weighs more than $20\ \text{N}$ it sinks; less, and it rises and floats.
Un bloque de volumen $0.002\ \text{m}^3$ está completamente sumergido en agua ($\rho = 1000\ \tfrac{\text{kg}}{\text{m}^3}$, $g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$).
- $F_b = \rho V g = 1000 \times 0.002 \times 10 = 20\ \text{N}$.
Si el bloque pesa más de $20\ \text{N}$, se hunde; si pesa menos, asciende y flota.
The buoyant force equals the weight of the fluid displaced: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ (Archimedes' principle). An object floats if this can balance its weight — equivalently, if it is less dense than the fluid — and sinks if not. Underwater objects have a reduced apparent weight.
La fuerza de empuje es igual al peso del fluido desplazado: $F_b = \rho_{\text{fluid}} V g$ (principio de Arquímedes). Un objeto flota si esta fuerza puede equilibrar su peso —equivalentemente, si es menos denso que el fluido— y se hunde si no. Los objetos bajo el agua tienen un peso aparente reducido.