Sorprendentemente, el objeto flotará ligeramente más bajo en el agua sin una atmósfera por encima.
Primero, abordemos al elefante en la habitación: el agua se evapora hasta la nada en el vacío. (Forma vapor a muy baja presión o cristales de hielo muy finos, dependiendo de la temperatura). Por lo tanto, no es un escenario realista en absoluto. Pero ignoremos eso y supongamos que tenemos un líquido similar al agua que no hierve en el vacío, tal vez un aceite de silicona pesado con la misma densidad que el agua. E ignoremos cosas inconvenientes como la tensión superficial o las densidades no constantes.
Hay tres partes importantes de la física para entender aquí:
- ¿Qué tipo de materia es el polvo de talco? Si es sólido, ¿cómo justificaremos su comportamiento de cambiar de forma según el tipo de contenedor?
- ¿Qué es una partícula como onda?
- Teoría del campo cuántico: ¿cómo y cuándo usan los físicos la ecuación de Dirac?
- ¿Se pueden considerar los fotones como una combinación de dos quasipartículas? En la forma en que los electrones pueden considerarse como dos Majoranas?
- ¿Es posible volverse completamente estacionario en el universo?
- Sí, la flotabilidad puede verse como presiones que actúan sobre las superficies, pero esto tiende a producir un pensamiento borroso e inexacto porque las personas solo miran las fuerzas hacia arriba / hacia abajo en áreas particulares. La flotabilidad no actúa sobre las superficies, actúa como campos de tensión hidrostática en todo el volumen del objeto sumergido. Es por eso que puede dejar caer un pedazo de porcelana fina en el fondo del océano y no se romperá a pesar de la enorme presión: el campo de presión hidrostática se distribuye uniformemente internamente a través del objeto y se aplica externamente, por lo que hay muy poco fuerza neta sobre el plato. Esta es también la razón por la cual la respuesta “la pérdida de presión del aire hace que el objeto flote más alto” es incorrecta: cuando quitas la presión del aire de la superficie del agua, la presión en todo el agua también disminuye en la misma cantidad. Desde este enfoque, debería concluir que no hay cambio, porque el cambio en las fuerzas del área de presión * parece equilibrado cuando se elimina la presión de aire, pero eso también está mal. Mirar solo las presiones a menudo te llevará a respuestas incorrectas. Por lo tanto, ignore las presiones: le darán un resultado incorrecto a menos que analice todo el campo de tensión triaxial que actúa en todas las direcciones del objeto.
- Los campos de tensión requieren matemática complicada, por lo que la forma más fácil de entender la flotabilidad es la formulación 100% equivalente del principio de Arquímedes: el peso del objeto se reduce por el peso del fluido que desplaza. Sorprendentemente, esta es una interpretación mucho más rigurosa de los efectos de flotabilidad que el enfoque de presión * área = fuerza.
- El aire es un fluido. Eso significa que el aire realmente aporta una pequeña cantidad de flotabilidad a cualquier cosa en la atmósfera. La densidad del aire es muy baja, por lo que el peso del aire desplazado es muy pequeño, por lo que la fuerza de flotación es muy pequeña. (Aproximadamente 1/800 de agua). Normalmente ignoramos este efecto porque solo introduce un error de ~ 0.1% en las mediciones de peso / masa / densidad.
La mayoría de las descripciones de flotabilidad ignoran por completo el efecto del aire. Entonces, irónicamente, el cálculo de la flotabilidad “Física 101″ es más preciso para el caso de agua en el vacío. Agregar aire introduce un pequeño error en el cálculo de flotabilidad simple. Cualquier volumen del objeto flotante que permanezca por encima de la superficie del agua debe estar desplazando algo de aire y, por lo tanto, el peso de su objeto disminuirá en una cantidad muy pequeña igual al volumen de aire desplazado. Esta flotabilidad del aire desplaza un objeto flotante hacia arriba un poco más alto en el agua de lo que sugiere el cálculo simple. Para calcular con precisión la flotabilidad, en realidad necesita resolver la división de volumen del peso de desplazamiento de agua y aire que es igual al peso de vacío del objeto. O, dicho de otra manera, calcule la relación de densidad de agua a densidad de aire que iguala la densidad del objeto. Cuando las personas suelen hacer cálculos de flotabilidad, suponen implícitamente que la densidad del aire en estas ecuaciones es cero.
Al mover el agua y el objeto flotante al vacío, eliminamos el pequeño error de flotabilidad del aire y devolvemos el sistema al modelo simplificado tipo “vacas esféricas en el vacío” que a los físicos les gusta usar. Por lo tanto, el escenario de vacío está realmente más cerca del cálculo teórico típico. Por lo tanto, el objeto flotará exactamente donde la mayoría de la gente espera en lugar de ligeramente más alto de lo que espera. O, en términos relativos, el objeto se sentará un poco más bajo en el agua.
Por supuesto, puede ignorar por completo este efecto si lo desea. El error será insignificante para cualquier escenario práctico.
