a) El empuje cuando la pelota está completamente sumergida es igual al peso del agua desplazada, que se calcula con la fórmula:
Empuje = Volumen del agua desplazada * Densidad del agua * Gravedad
El volumen de la pelota se calcula con la fórmula del volumen de una esfera: V = (4/3) * π * r^3
V = (4/3) * π * (0.2)^3 = 0.33 m^3
Por lo tanto, el empuje es: Empuje = 0.33 m^3 * 1.03 Kg/l * 9.81 m/s^2 = 3.25 N
b) La fuerza que hace subir la pelota es igual al peso de la pelota menos el empuje:
Fuerza de subida = Peso de la pelota - Empuje
Peso = Masa * Gravedad = 0.2 Kg * 9.81 m/s^2 = 1.96 N
Fuerza de subida = 1.96 N - 3.25 N = -1.29 N
La fuerza de subida es de -1.29 N, lo que significa que hay una fuerza neta hacia abajo.
c) El empuje cuando la pelota está flotando es igual al peso de la pelota:
Empuje = Peso de la pelota = 1.96 N
d) Para calcular el volumen que tiene fuera del agua cuando la pelota flota, primero necesitamos determinar si la pelota flota o no. Para que un objeto flote, debe tener una densidad menor que el líquido en el que está sumergido.
La densidad de la pelota de goma es de 200g / Volumen total de la pelota (V), y la densidad del agua es 1,03 Kg/L.
Si la pelota flota, su peso será igual al peso del agua desplazada, por lo que podemos igualar las fuerzas:
Peso de la pelota = Peso del agua desplazada
(masa de la pelota) * g = (densidad del agua) * (Volumen sumergido) * g
(200g) = (1,03 Kg/L) * (Volumen sumergido)
Volumen sumergido = 200g / (1,03 Kg/L)
Volumen sumergido = 0,194 L
Como el volumen total de la pelota es el volumen sumergido más el volumen fuera del agua, podemos calcular el volumen fuera del agua:
Volumen fuera del agua = Volumen total - Volumen sumergido
Volumen fuera del agua = (4/3) * π * (20 cm)^3 - 0,194 L
Volumen fuera del agua ≈ 335,10 cm^3
Por lo tanto, el volumen que tiene fuera del agua cuando flota es aproximadamente 335,10 cm^3.
