Evaluación de Física: Principio de Arquímedes y Flotación

Competencia: Explicación de Fenómenos (EF)

Contexto: Un objeto se sumerge completamente en agua (\(\rho = 1000 \, \text{kg/m}^3\)).

1. Explica, usando el principio de Arquímedes, por qué un objeto experimenta una fuerza hacia arriba cuando está sumergido en un fluido.

Competencia: Aplicación de Conceptos (AC)

Contexto: Un globo aerostático flota en el aire (\(\rho_{\text{aire}} = 1.2 \, \text{kg/m}^3\)).

2. Describe cómo el principio de Arquímedes permite que un globo aerostático flote en el aire. Incluye en tu respuesta el papel de la densidad del gas dentro del globo.

Competencia: Resolución de Problemas (RP)

Contexto: Un cubo de 0.001 m³ se sumerge completamente en agua (\(\rho = 1000 \, \text{kg/m}^3\), \(g = 9.8 \, \text{m/s}^2\)).

3. Calcula la fuerza de flotación sobre el cubo y explica el procedimiento paso a paso.

Competencia: Aplicación de Conceptos (AC)

Contexto: Un barco flota en el mar (\(\rho_{\text{agua}} = 1025 \, \text{kg/m}^3\)).

4. Si un barco desplaza 500 m³ de agua, explica cómo calcularías el peso máximo que puede soportar sin hundirse, y realiza el cálculo.

Competencia: Resolución de Problemas (RP)

Contexto: Un bloque de madera (\(\rho = 600 \, \text{kg/m}^3\)) flota en agua (\(\rho = 1000 \, \text{kg/m}^3\)) con el 60% de su volumen sumergido.

5. Determina qué fracción del volumen del bloque estaría sumergida en un líquido de densidad 800 kg/m³. Explica tu razonamiento.

Competencia: Aplicación de Conceptos (AC)

Contexto: Una esfera de densidad 1200 kg/m³ se sumerge en aceite (\(\rho = 900 \, \text{kg/m}^3\)).

6. Explica qué sucede con la esfera (si flota, se hunde o permanece en equilibrio) y justifica tu respuesta usando el principio de Arquímedes.

Competencia: Explicación de Fenómenos (EF)

Contexto: Un submarino ajusta su densidad para mantenerse sumergido sin moverse verticalmente en agua de mar.

7. Describe la condición que debe cumplir un submarino para mantenerse en equilibrio neutro en el agua. Explica cómo se relaciona con el principio de Arquímedes.

Competencia: Resolución de Problemas (RP)

Contexto: Un objeto de 2 kg se sumerge en agua (\(\rho = 1000 \, \text{kg/m}^3\), \(g = 9.8 \, \text{m/s}^2\)) y experimenta una fuerza de flotación de 4.9 N.

8. Calcula el volumen del objeto y explica el procedimiento utilizado.

Competencia: Aplicación de Conceptos (AC)

Contexto: Un bloque de hielo (\(\rho = 917 \, \text{kg/m}^3\)) flota en agua (\(\rho = 1000 \, \text{kg/m}^3\)).

9. Explica cómo determinarías el porcentaje del volumen del hielo que está sumergido y realiza el cálculo.

Competencia: Resolución de Problemas (RP)

Contexto: Un barco flota en agua dulce (\(\rho = 1000 \, \text{kg/m}^3\)) y luego navega a agua salada (\(\rho = 1025 \, \text{kg/m}^3\)).

10. Analiza qué sucede con la fracción de volumen sumergido del barco al pasar de agua dulce a agua salada. Justifica tu respuesta.