¿Has escuchado hablar sobre Masa y Masa convencional o lo que algunas llaman Masa y Masa aparente?
Partamos de ambas definiciones:
Masa
Cantidad física, que puede atribuirse a cualquier objeto material y que da una medida de su cantidad de materia.
La unidad de masa es el kilogramo. (OIML D28 2004 (E), p. 4).
Masa convencional (Valor convencional de masa)
Valor convencional del resultado de pesajes en el aire, de acuerdo con OIML D 28 Valor convencional del resultado de pesajes en el aire. Para una pesa tomada a una temperatura de referencia ( tref) de 20 °C , la masa convencional es la masa de una pesa de referencia de una densidad (ref) de 8 000 kg/m³ que mantiene el equilibrio en el aire de una densidad de referencia de 1,2 kg/m³. (NMP 004, 2007, p. 5).
Fuente: PC 008 INACAL ed.01 Abril 2021.
Esto sucede por el factor conocido como Magnitudes de Influencias que esta inmerso justamente en las mediciones de masa, siendo esta definida como: Magnitud que no es el objeto de la medición pero que tiene un efecto sobre ´ el resultado de la misma (VIM [1]). Así, las variaciones de temperatura afectan a las dimensiones geométricas de los cuerpos por lo que la temperatura es una magnitud de influencia en la medida de ´ longitudes.
Entonces, tenemos por ejemplo que, las densidades de las masas que se comparan en una balanza son magnitudes de influencia debido al empuje que aquellas experimentan en el aire según el principio de Arquímedes.
Y de que trata el principio de Arquímedes:
El principio de Arquímedes
El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.
La explicación del principio de Arquímedes consta de dos partes como se indica en la figuras:
Ampliamos el principio de Arquímedes, a un cuerpo sumergido en un fluido en rotación.
Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.
Puesto que la porción del fluido que se encuentra en equilibro da resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje.
De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple
Empuje=peso=ρf·gV
El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido ρf por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V.
Si sustituimos la porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones. Las fuerzas debidas a la presión no cambian, por tanto, su resultante que hemos denominado empuje es la misma y actúa en el mismo punto, denominado centro de empuje.
Lo que cambia es el peso del cuerpo sólido y su punto de aplicación que es el centro de masa, que puede o no coincidir con el centro de empuje.
Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto.
En los casos más simples, supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coinciden el centro de masa del cuerpo con el centro de empuje.
Supongamos un cuerpo sumergido de densidad ρ rodeado por un fluido de densidad ρf. El área de la base del cuerpo es A y su altura h.
La presión debida al fluido sobre la base superior es p1=ρfgx, y la presión debida al fluido en la base inferior es p2=ρfg(x+h). La presión sobre la superficie lateral es variable y depende de la altura, está comprendida entre p1 y p2.
Las fuerzas debidas a la presión del fluido sobre la superficie lateral se anulan. Las otras fuerzas sobre el cuerpo son las siguientes:
En el equilibrio tendremos que
mg+p1·A= p2·A
mg+ρfgx·A= ρfg(x+h)·A
o bien,
mg=ρfh·Ag
Como la presión en la cara inferior del cuerpo p2 es mayor que la presión en la cara superior p1, la diferencia es ρfgh. El resultado es una fuerza hacia arriba ρfgh·A sobre el cuerpo debida al fluido que le rodea.
Como vemos, la fuerza de empuje tiene su origen en la diferencia de presión entre la parte superior y la parte inferior del cuerpo sumergido en el fluido.
Excepciones
Con esta explicación surge un problema interesante y debatido. Supongamos que un cuerpo de base plana (cilíndrico o en forma de paralepípedo) cuya densidad es mayor que la del fluido, descansa en el fondo del recipiente.
Si no hay fluido entre el cuerpo y el fondo del recipiente ¿desaparece la fuerza de empuje?
En la figura, se representa la resultante Fp de las fuerzas debidas a la presión del fluido sobre el cuerpo sumergido. En la figura de la izquierda
Fp=(p0+ρg(H-h))A
Siendo A el área de la base del cuerpo de altura h, H es la altura del líquido en el recipiente, y p0 la presión atmosférica
Fp=pbA–ρVg
Siendo pb=p0+ρgH, la presión en el fondo del recipiente y V el volumen del cuerpo
Si se llena un recipiente con agua y se coloca un cuerpo en el fondo, el cuerpo quedaría en reposo sujeto por su propio peso mg y la fuerza Fp que ejercería la columna de fluido situada por encima del cuerpo, incluso si la densidad del cuerpo fuese menor que la del fluido. La experiencia demuestra que el cuerpo flota y llega a la superficie. Es difícil eliminar la capa de agua entre las dos superficies del cuerpo y del recipiente en contacto.
Fuente: Bierman J, Kincanon E. Reconsidering Archimedes’ principle. The Physics Teacher, Vol 41, Setember 2003.pp. 340-344.
Ing. Norkys Hurtado
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