En la carrera de físicas los alumnos suelen encontrarse a menudo (bien a través de profesores o a través de compañeros) con acertijos hechos para que se replanteen y asienten bien los principios de la física básica. Uno de los más famosos es el del bote y la piedra, cuyo planteamiento es el siguiente:
Nos encontramos en una balsa de madera flotando en un lago estancado de cierta profundidad, sujetando una piedra con nuestras manos. En un momento dado vemos algo moverse en las turbias aguas, y rápidamente le lanzamos la piedra que estábamos sosteniendo. No alcanzamos a dar a nada y lo que fuera que había ahí debajo se aleja, pero nos hacemos entonces una pregunta: el nivel del agua, ¿habrá cambiado por el hecho de haber tirado la piedra, que antes manteníamos encima del bote? ¿Habrá aumentado, disminuido o se habrá quedado igual?
Miramos a nuestro alrededor intentando distinguir la orilla, pero está muy lejos y cualquier diferencia nos resultaría inapreciable dado el tamaño de la superficie de agua. Para resolver el acertijo, nos damos cuenta, debemos recurrir a la física.
Desde ASAAF os proponemos intentar solucionar el problema, y contarnos vuestra deducción a través de un comentario.
La próxima semana subiremos la solución definitiva, junto al próximo acertijo 😉
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SOLUCIÓN DEL ACERTIJO
¡Hola a todos! Perdonad el retraso en la edición, subimos hoy al fin la solución correcta al acertijo del bote y la piedra.
Efectivamente, como Guillermo y otros habéis señalado, un cálculo sencillo permite saber que al tirar la piedra al embalse el nivel del agua baja. Para ver por qué, analizaremos el problema en profundidad:
Según las leyes de Arquímedes, un cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje igual al peso del fluido que desaloja. Imaginando primero el caso en que la piedra está encima del bote, y que el bote se encuentra flotando en el lago en equilibrio de fuerzas, tenemos:
Desarrollamos ambos términos de la igualdad, llamando a las masas,
a los volúmenes y
a las densidades:
En la situación en que ya hemos tirado la piedra al agua, tenemos dos contribuciones al volumen de agua desalojado: el que desaloja la piedra por estar totalmente sumergida y el que desaloja el bote flotante que ahora tiene menos masa encima.
Contando con que el bote se encuentra de nuevo en equilibrio de fuerzas:
Si comparamos el volumen de agua desplazada en ambas situaciones, vemos que éste es mayor en el primer caso que en el segundo, ya que la densidad de la piedra es mayor que la densidad del agua. Por tanto, al tirar la piedra se desalojará menos agua y el nivel del agua del lago bajará.
Es sencillo darse cuenta intuitivamente de la respuesta correcta si se hace el experimento mental de poner una piedra muy muy pesada pero muy muy pequeña encima de un recipiente que se encuentre flotando en agua: por ser muy pesada, la piedra hundirá mucho el recipiente y provocará que suba mucho el nivel del líquido, pero en el momento en que la saquemos de ahí y la tiremos al agua, contribuirá mucho menos que antes a desalojar fluido.
Gracias a todos por participar, subiremos más acertijos pronto para poner a prueba vuestra intuición científica 🙂
29 octubre, 2016 at 01:48
A ver para empezar no podemos ver el fondo y encima estamos en un lago asi que podemos asumir que el efecto es despreciable sea cual sea y quedarnos tan divinos como siempre. Pero si nos ponemos quisquillosos y suponiendo que el efecto no es despreciable y si ignoramos efectos de tensión superficial (algo había que simplificar) yo diría que aún así el volumen se queda igual. Ya que tenemos tres contribuciones que alteran el nivel del agua: la barca, la piedra y nosotros mismos. Al tirar la piedra perdemos peso y desalojamos menor volumen de agua por lo que el nivel disminuye sí, pero al entrar la piedra dentro del agua volvemos a obtener esa contribución. La piedra ocupa un volumen que aumenta el nivel de agua que habíamos perdido y volvemos a donde estábamos.
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28 noviembre, 2016 at 22:16
El nivel del agua baja
Explicación:
El volumen del agua desalojada antes de tirar la piedra es igual a la masa del barco más la masa de la piedra divididas por la densidad del agua. Y el volumen del agua desplazada después de tirar la piedra es igual al volumen de la piedra (porque está sumergida) más la masa del barco entre la densidad del agua.
Por lo tanto el volumen de agua desplazada inicial entre el volumen del agua desplazada final es igual a (masa del barco + volumen de la piedra * densidad de la piedra)/(masa del barco + volumen de la piedra * densidad del agua). Como la densidad de la piedra es mayor que la densidad del agua, esta relación entre volúmenes es mayor que 1. Por lo tanto el volumen de agua desplazada antes de tirar la piedra es mayor que una vez tirada la piedra y por ello el nivel del agua baja.
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28 noviembre, 2016 at 22:33
El nivel del agua baja
Explicación:
El volumen del agua desplazada antes de tirar la piedra es igual a la masa del barco más la masa de la piedra divididas entre la densidad del agua.
El volumen del agua desplazada después de tirar la piedra es igual a el volumen de la piedra (porque esta sumergida) más la masa del barco entre la densidad del agua.
La relación entre ambos volúmenes es (m_barco + V_piedra * Dens_piedra) / (m_barco + V_piedra * Dens_agua) > 1 porque la densidad de la piedra es mayor a la del agua. Por lo tanto el volumen desplazado de agua antes de tirar la piedra es mayor al volumen desplazado después de haberla tirado y así el nivel del agua baja.
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11 diciembre, 2016 at 00:03
Lo acabo de probar en mi bañera y el nivel del agua baja dado que la mitad del agua se ha salido al resto del baño.
(La respuesta correcta es la de Guillermo, dado que la piedra es más densa que el agua y por tanto desaloja más agua por su peso dentro del bote de la que desaloja por su volumen cuando está sumergida)
😉
¡Poned más acertijos!
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