estandarización de la fuerza boyante

 

El diseño experimental representado en la figura propone una forma sistemática para estandarizar la fuerza boyante que afecta a las mediciones de masa. En el panel izquierdo (I) se registra la lectura de una masa estándar colocada sobre una balanza expuesta al aire, cuya densidad está indicada como ρ = 1.2 kg·m⁻³; las flechas muestran el peso real \(F_G\) hacia abajo y las fuerzas ascendentes debidas al empuje distribuido sobre el cuerpo y la cámara de la balanza \(F_W\), \(F_C\). En el panel derecho (II) la misma masa y montaje se miden dentro de una cámara donde se ha hecho el vacío relativo (ρ ≈ 0 kg·m⁻³), de modo que el empuje desaparece y la lectura corresponde prácticamente al peso sin corrección. La comparación entre ambas lecturas constituye la base práctica para cuantificar el empuje presente en condiciones ambientales.

Para ejecutar el procedimiento con rigor conviene controlar variables ambientales y de instrumentación: temperatura, humedad, presión atmosférica y la composición del gas en la cámara, pues todos influyen en la densidad del aire y, por ende, en el empuje. Se recomienda registrar la masa de la muestra, el volumen desplazado (o determinarlo por inmersión/calculado geométricamente) y emplear la relación de Arquímedes para verificar la consistencia: \(F_b = \rho_{fluido} \cdot V_{desplazado} \cdot g\) . Es esencial descontar la contribución de empuje sobre partes adyacentes al objeto (soportes, plataforma y la propia cámara), por lo que el montaje debe permitir mediciones de referencia sin la muestra para aislar esas contribuciones.

Finalmente, la diferencia entre la lectura en aire y en vacío proporciona el valor experimental del empuje neto aplicado a la masa estándar; ese valor se puede usar como corrección sistemática para calibrar otras mediciones realizadas fuera de la cámara. Para garantizar trazabilidad metrológica se deben estimar las incertidumbres asociadas —ruido de la balanza, variaciones de densidad, error en la determinación del volumen desplazado— y propagarlas al resultado final. Con este protocolo se logra una corrección reproducible del efecto de la fuerza boyante en balanzas de precisión, mejorando la exactitud de la metrología en condiciones ambientales reales.