Meter algo debajo del agua con fuerza
Es la fuerza ascendente del agua sobre un objeto.
Las fuerzas que actúan hacia arriba son la tensión de la cuerda que levanta la cámara y la fuerza de flotación (por eso las cosas flotan en el agua). La fuerza que actúa hacia abajo es el peso debido a la masa de la cámara. La suma de estas fuerzas debería ser cero. Si establecemos las fuerzas hacia arriba como fuerzas positivas y las fuerzas hacia abajo como fuerzas negativas (de esta manera pueden cancelarse matemáticamente), obtenemos esta ecuación.
Para encontrar la flotabilidad, utilizamos la ecuación Fuerza de flotación = densidad por volumen por gravedad. #F = p*v*g#. Como la densidad del agua es #1000 (kg)/m^3#, el volumen (de la cantidad de agua desplazada por la cámara) #= 0,083m^3# y #g = 9,8m/s^2#, podemos multiplicar estos valores para obtener la flotabilidad #= 813,4N#. Introduciendo esto en nuestra ecuación obtenemos:
Flotabilidad
Si tenemos un objeto flotante, por el bien de esta pregunta, digamos que es un cilindro de 1″ de diámetro y 4″ de largo. Este cilindro está completamente sellado para que no pueda entrar líquido y lo tenemos dispuesto verticalmente. Además, supongamos que tiene poco peso (es decir, que está hueco y vacío y que el único peso que tiene es el material del que está hecho, como un flotador).
Con esta configuración visual, la pregunta es: imagina que tengo una bañera profunda de agua. Cuando empiezo a sumergir este flotador, pero empujando hacia abajo en la parte superior de la misma, sé que va a tomar más fuerza empujando hacia abajo en la parte superior, para sumergirlo cuanto más profundo voy. Por lo tanto, si sólo se sumerge la primera pulgada, se necesitará menos fuerza en la parte superior que si se sumerge hasta 2 pulgadas. Eso es correcto, ¿verdad?
Ahora, para seguir con eso, una vez que el artículo está completamente sumergido (en este caso, las cuatro pulgadas están bajo el agua) ¿la fuerza requerida es máxima y se vuelve consistente? En otras palabras, si estoy sosteniendo 8 pulgadas bajo el agua frente a 16 pulgadas bajo el agua, ¿se necesitaría la misma cantidad de fuerza ahora que estoy completamente sumergido?
Flotabilidad
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La flotabilidad (/ˈbɔɪənsi, ˈbuːjənsi/),[1][2] o empuje hacia arriba, es una fuerza ascendente ejercida por un fluido que se opone al peso de un objeto parcial o totalmente sumergido. En una columna de fluido, la presión aumenta con la profundidad como consecuencia del peso del fluido suprayacente. Así, la presión en el fondo de una columna de fluido es mayor que en la parte superior de la columna. Del mismo modo, la presión en el fondo de un objeto sumergido en un fluido es mayor que en la parte superior del objeto. La diferencia de presión da lugar a una fuerza neta ascendente sobre el objeto. La magnitud de la fuerza es proporcional a la diferencia de presión, y (como explica el principio de Arquímedes) es equivalente al peso del fluido que de otro modo ocuparía el volumen sumergido del objeto, es decir, el fluido desplazado.
Principio de arquímedes
Si yo empujara un objeto completamente sumergido en el agua con una fuerza conocida, ¿cómo haría para encontrar la distancia que recorre antes de detenerse, dado que conozco el coeficiente de arrastre del objeto?
Ahora que tenemos todas las fuerzas bajo control, basta con establecer la 2ª ley de Newton sumando todas las fuerzas en sentido vertical y horizontal. La distancia, la velocidad y la aceleración están relacionadas como integrales/diferencias entre sí, por lo que debería ser posible retroceder hasta la distancia a partir de algunos de los parámetros implicados. Además, tendrás que saber -o estimar- la velocidad inicial que le has dado al objeto en el momento en que has dejado de empujar.
Bajará siempre que la suma de la gravedad y la fuerza que has ejercido F = ma, sea igual a la suma de la fuerza de flotación y el arrastre del objeto y el agua. En el momento en que estas sean iguales se detiene y la flotabilidad empujará el objeto hacia arriba. Este es el caso cuando la densidad del objeto es menor que la del agua. Si la densidad es mayor, el objeto se desacelera por el arrastre y entonces la gravedad lo empujará hacia abajo ganando a la flotabilidad, sin embargo, debido a la mayor flotabilidad del agua comparada con el aire cae mucho más lento que cuando lo dejas caer fuera del agua.