¡Eureka! El Principio De Arquímedes

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Arquímedes descubrió la ley de la flotabilidad mientras se bañaba y corría desnudo por las calles para anunciar su descubrimiento.

Arquímedes fue posiblemente el científico más grande del mundo, al menos el más grande en la era clásica. Fue físico, matemático, astrónomo, inventor e ingeniero. Muchos de sus inventos, teorías y conceptos todavía están en uso hoy en día. Quizás su logro más conocido fue su momento "Eureka", cuando descubrió el principio de flotabilidad.

Biografía

Arquímedes vivió en Siracusa en la isla de Sicilia en el siglo III a. C. En ese momento, Syracuse era una de las ciudades más influyentes del mundo antiguo, según Scientific American. Embarcaciones comerciales de Egipto, Grecia y Fenicia llenaron el puerto de la ciudad-estado. También fue un centro de comercio, arte y ciencia, según el Palimpsesto de Arquímedes.

Después de estudiar geometría y astronomía en Alejandría, el "mayor centro intelectual del mundo antiguo", según Scientific American, Arquímedes se estableció en Siracusa para perseguir una vida de pensamiento e invención.

Uno de sus inventos fue el tornillo de Arquímedes. Este dispositivo utiliza un sacacorchos con un tubo hueco. Cuando el tornillo gira, el agua sube por el tubo. Originalmente se usaba para vaciar agua de mar del casco de un barco. Todavía se usa hoy en día como un método de riego en los países en desarrollo, según el Palimpsesto de Arquímedes.

Arquímedes dijo famoso: "Dame una palanca y un lugar para pararme, y moveré el mundo". Esta afirmación jactanciosa expresa el poder de apalancamiento, que, al menos en sentido figurado, mueve el mundo. Arquímedes se dio cuenta de que para lograr la misma cantidad o trabajo, se podía hacer una compensación entre la fuerza y ​​la distancia con una palanca. Su Ley de la palanca dice: "Las magnitudes están en equilibrio a distancias recíprocamente proporcionales a sus pesos", según "Arquímedes en el siglo XXI", un libro virtual de Chris Rorres en la Universidad de Nueva York.

Arquímedes también ideó defensas para Siracusa contra los ejércitos invasores. Fortaleció los muros de Siracusa y construyó máquinas de guerra. Sus obras mantuvieron a los romanos durante dos años. Sin embargo, en el 212 a. C., las fuerzas del general Marcelo alcanzaron la ciudad.

Marcelo respetaba a Arquímedes y enviaba soldados para buscarlo para poder conocer al famoso matemático. Según el Palimpsesto de Arquímedes, estaba tan concentrado en resolver un problema matemático que no sabía que los romanos habían asaltado la ciudad. Cuando un soldado le dijo que lo acompañara a ver al general, Arquímedes le dijo que se fuera. El soldado enfurecido lo derribó. Marcelo ordenó que Arquímedes fuera enterrado con honores. La lápida de Arquímedes fue grabada con la imagen de una esfera dentro de un cilindro, ilustrando uno de sus tratados geométricos.

El principio de Arquímedes: la fuerza de flotación (hacia arriba) que actúa sobre un objeto es igual al peso (fuerza hacia abajo) del fluido desplazado.

El principio de Arquímedes: la fuerza de flotación (hacia arriba) que actúa sobre un objeto es igual al peso (fuerza hacia abajo) del fluido desplazado.

Crédito: Designua / Shutterstock

'Eureka! ¡Eureka!

Arquímedes ha pasado a la historia como el tipo que corría desnudo por las calles de Siracusa gritando "¡Eureka!" - o "¡Lo tengo!" en griego. La historia detrás de ese evento fue que Arquímedes fue acusado de probar que una nueva corona hecha para Hieron, el rey de Siracusa, no era oro puro, como había afirmado el orfebre. La historia fue escrita por primera vez en el siglo I a. C. por Vitruvio, un arquitecto romano.

Arquímedes pensó largo y duro pero no pudo encontrar un método para probar que la corona no era de oro macizo. Poco después, llenó una bañera y notó que el agua se derramó sobre el borde cuando entró y se dio cuenta de que el agua desplazada por su cuerpo era igual al peso de su cuerpo. Al saber que el oro era más pesado que otros metales que el fabricante de coronas podría haber sustituido, Arquímedes tuvo su método para determinar que la corona no era oro puro. Olvidando que estaba desnudo, corrió desnudo por las calles de su casa al rey gritando "¡Eureka!"

El principio de Arquímedes.

Según Boundless, el principio de Arquímedes establece que la fuerza de flotación sobre un objeto sumergido en un fluido es igual al peso del fluido que es desplazado por ese objeto.

Si un vaso se llena hasta arriba con agua y luego se le agregan cubos de hielo, ¿qué sucede? Al igual que el agua que se derramó sobre el borde cuando Arquímedes entró en su bañera, el agua del vaso se derramará cuando se le agreguen cubitos de hielo. Si el agua que se derramó fuera pesada (el peso es una fuerza hacia abajo), sería igual a la fuerza hacia arriba (flotante) sobre el objeto. A partir de la fuerza de flotación, se puede determinar el volumen o la densidad media del objeto.

Arquímedes pudo determinar que la corona no era oro puro debido al volumen del agua desplazada, porque aunque el peso de la corona era idéntico al peso del oro que el rey le dio al fabricante de la corona, el volumen era diferente debido a Las diversas densidades de los metales.

Usos del principio de Arquímedes.

El principio de Arquímedes es una herramienta muy útil y versátil. Puede ser útil para medir el volumen de objetos irregulares, como coronas de oro, así como para explicar los comportamientos de cualquier objeto colocado en cualquier fluido. El principio de Arquímedes describe cómo flotan los barcos, bucean los submarinos, vuelan los globos aerostáticos y muchos otros ejemplos, según Science Clarified. El principio de Arquímedes también se usa en una gran variedad de temas de investigación científica que incluyen medicina, ingeniería, entomología, ingeniería y geología.

El tornillo de Arquímedes es una máquina utilizada para transferir agua de un cuerpo de agua de poca altura a zanjas de riego.

El tornillo de Arquímedes es una máquina utilizada para transferir agua de un cuerpo de agua de poca altura a zanjas de riego.

Crédito: Nor Gal / Shutterstock

La investigación actual

Volúmenes / densidades óseas

El principio de Arquímedes tiene muchos usos en el campo de la medicina y la odontología y se usa para determinar las densidades de los huesos y los dientes. En un artículo de 1997 publicado en la revista Medical Engineering & Physics, los investigadores utilizaron el principio de Arquímedes para medir el volumen de la parte esponjosa interna del hueso, también conocida como hueso esponjoso. La fracción de volumen del hueso esponjoso se puede utilizar en diversos estudios de edad y salud, incluido el índice en estudios de envejecimiento, osteoporosis, resistencia ósea, rigidez y elasticidad. Se probaron varios métodos utilizando el principio de Arquímedes para aumentar la reproducibilidad de las mediciones: uno donde se sumergió el hueso en agua destilada, otro donde se sumergió el hueso en una solución de agua y surfactante, y un tercero donde se colocó el hueso en un sellado Contenedor donde se registraron los cambios en las presiones del gas.

Un artículo publicado en 2017 en Radiología Oral, Cirugía Oral, Patología Oral, Radiología Oral es similar en su naturaleza al artículo anterior, donde se utilizaron varios métodos para determinar la reproducibilidad, uno de los cuales utilizaba el principio de Arquímedes. El principio de Arquímedes se comparó con el uso de tomografía computarizada de haz cónico (CBCT) para medir el volumen de los dientes. Las pruebas que comparan el principio de Arquímedes y las mediciones CBCT mostraron que esta última sería una herramienta precisa en la planificación de procedimientos dentales.

Submarinos

Un diseño simple, confiable y rentable para un submarino descrito en un artículo de 2014 en la revista Informatics, Electronics, and Vision, se basa en el principio de Arquímedes. Los submarinos, según los autores, están diseñados para viajar mientras están completamente sumergidos bajo el agua y dependen del principio de Arquímedes para mantener una profundidad constante. El diseño de este prototipo de submarino utiliza cálculos que involucran la masa, la densidad y el volumen tanto del submarino como del agua desplazada para determinar el tamaño necesario del tanque de lastre, que determinará la cantidad de agua que puede llenarlo y, por lo tanto, la capacidad de llenado. Profundidad a la que puede sumergirse el submarino.

Bichos que caminan en el agua

Si bien el principio de Arquímedes se utiliza en el diseño submarino para ayudarles a bucear y resurgir, también explica la razón por la que algunos insectos pueden caminar sobre el agua. En un estudio de 2016 publicado en Applied Physics Letters, los investigadores utilizaron un método para medir las sombras creadas por los zancos de agua para medir las curvaturas en la superficie del agua. Estas inmersiones se pueden usar para derivar el volumen de agua que se desplazó, lo que lleva a la fuerza utilizada para mantener a flote los insectos acuáticos. Los autores dijeron que hay mucho interés en comprender la física detrás de los insectos que caminan sobre el agua para crear robots biomiméticos que caminan sobre el agua.

Geología

Un artículo publicado en 2012 en Soft Matter describe una visión más profunda del principio de Arquímedes, que los autores llaman el Principio de Arquímedes Generalizado. El principio de Arquímedes tal como se usa normalmente solo se puede usar como una aproximación en muchos casos de estudios de perfiles de sedimentación, mientras que el principio generalizado puede explicar fenómenos como partículas más densas que flotan sobre un fluido ligero. El punto clave de los autores radica en las perturbaciones de densidad inducidas por las partículas suspendidas en el fluido, que no se tienen en cuenta en el uso tradicional del principio de Arquímedes, y se deriva un nuevo enfoque del principio de Arquímedes.

Recursos adicionales

  • Científico Americano: Arquímedes Monedas "Eureka!" en el desnudo - y otros momentos locos de la ciencia ah-ha
  • NYU: Arquímedes y la corona de oro
  • El palimpsesto de Arquímedes: Arquímedes de Siracusa


Suplemento De Vídeo: Eureka lo encontre.




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