Una pelota hueca flota parcialmente en el agua contenida en un recipiente, comose representa en la figura 1, donde g corresponde a la aceleración de gravedad. Desestimando los efectos de la superficie del agua en el movimiento de la pelotay considerando que el hilo se corta, ¿cuándo adquiere la pelota su máximarapidez?A) En el instante en que el empuje que experimenta es igual a su peso.B) En el instante en que hace contacto con la superficie del agua.C) Inmediatamente después de que se corta el hilo.D) En todo el trayecto de su ascenso en el agua.E) En el instante en que el empuje se anula.
#PSU
Respuestas
la pelota hueca alcanza su máxima rapidez en el instante en que el empuje que experimenta es igual a su peso
En el instante en que la pelota se libera del fondo del recipiente lleno con agua, actúan sobre ella su peso P de magnitud P y el empuje E 0 de magnitud E, ambas fuerzas son constantes por lo que la fuerza neta también lo es, actuando verticalmente hacia la superficie del agua, debido a que la magnitud del empuje sobre la pelota es mayor que la magnitud de su peso, pues la densidad de la pelota es menor que la del agua. Considerando que la fuerza neta durante este trayecto permanece constante, la pelota asciende hacia la superficie del agua con aceleración constante, de modo que su rapidez aumenta uniformemente en el tiempo hasta alcanzar la parte inferior de la superficie del agua.
A medida que la pelota comienza a superar la superficie del agua, la magnitud del empuje comienza a disminuir, debido a que disminuye el volumen de agua desplazado por la pelota, permaneciendo constante la magnitud de su peso. Esta disminución de la aceleración ocurre hasta el momento en que el cambio de rapidez se anula, ya que en ese instante la fuerza neta es cero cuando la magnitud del empuje llega a ser igual a la magnitud del peso. Por lo tanto, la máxima rapidez de la pelota ocurre cuando la magnitud del peso es igual a la magnitud del empuje.