Contextualización

Introducción al Empuje

El empuje es una fuerza resultante ejercida por el fluido en el que un cuerpo está inmerso, que actúa directamente en vertical y hacia arriba. El empuje se caracteriza por dos propiedades fundamentales: la densidad del fluido y el volumen del líquido desplazado por el objeto sumergido. El concepto de empuje es la base para entender una serie de fenómenos naturales y aplicaciones prácticas en el mundo real, que van desde la natación hasta el mucho más complejo principio de Arquímedes que explica por qué los barcos pesados flotan.

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta la acción de una fuerza vertical y hacia arriba, que es igual al peso del fluido desplazado por el cuerpo. En otras palabras, el empuje es igual al peso del fluido que el cuerpo desplazó al ser sumergido. A través de este concepto, es posible entender la dinámica de cuerpos sumergidos y flotantes, lo que tiene aplicaciones en diversas áreas de la ciencia y la ingeniería.

El empuje también es de vital importancia para comprender las fuerzas que actúan en la movilidad de cuerpos en medios fluidos, tanto líquidos como gases. Esto comprende conceptos fundamentales para la aviación y la natación, por ejemplo. Comprender cómo actúa el empuje en diferentes circunstancias puede ayudar a explicar por qué las cosas flotan o se hunden, y por qué un avión puede despegar.

Importancia del Empuje

La noción de empuje es esencial en la construcción y el diseño de barcos, submarinos, globos, aviones y cohetes. El empuje determina si un objeto flotará o se hundirá en un líquido, o si un avión o cohete podrá despegar. En ingeniería, el principio del empuje se utiliza para diseñar estructuras que necesitan flotar o volar. En ingeniería civil, el empuje desempeña un papel esencial en el diseño de puentes flotantes.

Además, el empuje también es de gran importancia para la vida marina. Los peces y otros animales marinos utilizan el principio del empuje para moverse en el agua, modificando su densidad corporal a través de la ingestión o excreción de gases en sus vejigas natatorias.

Atividade Prática

Título: "Comprendiendo el Empuje: Agua, Aceite y Globo"

Objetivo del Proyecto

El objetivo de este proyecto práctico es explorar el concepto de empuje, el principio de Arquímedes y la flotación de materiales de diferentes densidades en un fluido. Grupos de 3 a 5 alumnos llevarán a cabo experimentos, analizarán resultados, calcularán el empuje y elaborarán conclusiones. Cada alumno deberá dedicar entre cinco y diez horas a este trabajo durante un mes.

Descripción Detallada del Proyecto

Los alumnos llevarán a cabo un experimento en el que sumergirán un globo, lleno de agua, aceite y aire, en un recipiente con agua. El objetivo es observar si el globo flota o se hunde y relacionar el resultado con la densidad del fluido en el globo y el empuje ejercido sobre él.

Materiales Necesarios

• 3 Globos
• Agua
• Aceite vegetal
• Balanza
• Recipiente lo suficientemente grande para sumergir el globo
• Cinta métrica o regla

Paso a Paso

1. Paso 1: Llena un globo con agua, átalo bien y mide su masa utilizando la balanza. Registra la medida.

2. Paso 2: Llena un segundo globo con aceite, átalo bien y mide su masa. Registra la medida.

3. Paso 3: Llena un tercer globo con aire, átalo bien y mide su masa. Registra la medida.

4. Paso 4: En un recipiente con agua, sumerge individualmente cada globo y observa si se hunden, flotan o quedan suspendidos en el agua. Registra las observaciones.

5. Paso 5: Siguiendo el principio de Arquímedes, calcula el empuje que el agua ejerce sobre cada globo. Para ello, es necesario calcular el volumen de cada globo y multiplicar ese valor por la densidad del agua (aproximadamente 1000 kg/m³) y por la aceleración de la gravedad (aproximadamente 9,8 m/s²). Registra los resultados.

6. Paso 6: Analiza los resultados y establece una correlación entre la densidad del fluido en el globo, la masa del globo, su volumen y el empuje que actúa sobre él.

Entregas del Proyecto

Basándose en el paso a paso anterior, los alumnos elaborarán un informe que contenga los siguientes temas:

• Introducción: En esta sección, el grupo debe presentar una contextualización del tema, describiendo brevemente el concepto de empuje y la relevancia del principio de Arquímedes en el mundo real. El grupo debe presentar de forma clara el objetivo del proyecto.

• Desarrollo: Aquí, los alumnos deben describir cada etapa del proyecto, explicando detalladamente la metodología que se siguió. Luego, los alumnos deben discutir los resultados del experimento y explicar cómo estos resultados están relacionados con el principio de Arquímedes.

• Conclusión: Esta sección debe resumir los puntos principales del proyecto, mencionando los principales aprendizajes adquiridos y las conclusiones obtenidas sobre el proyecto.

• Bibliografía: Las referencias utilizadas para la elaboración del proyecto, como libros, páginas web, videos, etc., deben ser listadas en esta sección.

Este proyecto, además de solidificar el conocimiento sobre el empuje, también tiene como objetivo desarrollar otras habilidades en los alumnos como gestión del tiempo, trabajo en equipo, resolución de problemas, pensamiento crítico y creativo, entre otros.