Considera la primera situación con el bloque de madera flotando libremente y parcialmente sumergido en agua:
planteas la expresión del módulo del peso del bloque de madera, y queda:
Pm = Mm*g = δm*Vm*g = δm*a3*g (1);
luego, planteas la la expresión del módulo del empuje que el líquido ejerce sobre el bloque de madera (llamamos h a la longitud de su altura que se encuentra sumergida), y queda:
Em = δa*Vs*g = δa*a2*h*g (2);
luego, establece un sistema de referencia con eje OY vertical con sentido positivo hacia arriba, aplicas la Primera Ley de Newton, y queda la ecuación:
Em - Pm = 0, sumas Pm en ambos miembros, y queda:
Em = Pm, sustituyes las expresiones de los módulos de las fuerzas señaladas (2) (1), y queda:
δa*a2*h*g = δm*a3*g, divides por a2*g en ambos miembros, y queda:
δa*h = δm*a, divides por en ambos miembros, y queda:
h = δm*a/δa (3),
que es la expresión de la altura de la porción sumergida del bloque de madera, en función de la densidad de dicho material, de la arista del bloque cúbico y de la densidad del agua.
Luego, considera la segunda situación, con el nuevo bloque apoyado sobre el bloque de madera:
observa que sobre el bloque de madera están aplicadas tres fuerzas verticales, de las que indicamos sus módulos y sentidos:
Peso: Pm = δm*a3*g, hacia abajo,
Acción normal del nuevo bloque apoyado: N, hacia abajo,
Empuje del líquido: E1 = δa*a2*h1*g,
aplicas la Primera Ley de Newton, y queda la ecuación (observa que sustituimos las expresiones de los módulos de las fuerzas):
δa*a2*h1*g - δm*a3*g - N = 0, sumas N en ambos miembros, y luego despejas:
N = δa*a2*h1*g - δm*a3*g (4);
luego, observa que sobre el nuevo bloque están aplicadas dos fuerzas verticales, de las que indicamos sus módulos y sentidos:
Peso: Pb = Mb*g, hacia abajo,
Reacción del bloque de madera: N, hacia arriba,
aplicas la Primera Ley de Newton, y queda la ecuación (observa que sustituimos la expresión del módulo del peso:
N - Mb*g = 0, sustituyes la expresión señalada (4) en el primer término, y queda:
δa*a2*h1*g - δm*a3*g - Mb*g = 0, divides por g en todos los términos, y queda:
δa*a2*h1 - δm*a3 - Mb = 0, sumas δm*a3 y sumas Mb en ambos miembros, y queda:
δa*a2*h1 = δm*a3 + Mb (5).
Luego, planteas la expresión de la diferencia entre las alturas de las porciones sumergidas, y queda:
h1 - h = Δh, sumas h en ambos miembros, y queda:
h1 = h + Δh (6),
luego, sustituyes la expresión señalada (6) en la ecuación señalada (5), y queda:
δa*a2*(h + Δh) = δm*a3 + Mb, sustituyes la expresión señalada (3) en el primer término del agrupamiento, y queda:
δa*a2*(δm*a/δa + Δh) = δm*a3 + Mb (7).
Luego, tienes los datos (observa que los expresamos en unidades internacionales):
δa = 1000 Kg/m3 (densidad del agua),
δm = 700 Kg/m3 (densidad de la madera),
Δh = 0,02 m (diferencia de alturas de las porciones sumergidas del bloque de madera),
Mb = 0,2 Kg (masa del nuevo bloque apoyado sobre el bloque de madera en las segunda situación);
luego, reemplazas valores en la ecuación señalada (7), resuelves los coeficientes en los términos, y queda:
1000*a2*(0,7*a + 0,02) = 700*a3 + 0,2, distribuyes el primer miembro, y queda:
700*a3 + 20*a2 = 700*a3 + 0,2, restas 700*a3 en ambos miembros, y queda:
20*a2 = 0,2, divides por 20 en ambos miembros, y queda:
a2 = 0,01, extraes raíz cuadrada positiva en ambos miembros, y queda:
a = 0,1 m = 10 cm.
Espero haberte ayudado.