¿Por Qué Flotan Los Barcos?

Los barcos son bastante grandes y pesados y sin embargo flotan fácilmente en la superficie del mar o de los lagos. ¿Por qué?

Bien, cuando algo flota en un líquido o fluido, es porque éste lo sostiene. De hecho, el fluido contrarresta la fuerza de la gravedad, que empuja todas las cosas hacia el centro de la tierra.

El empuje hacia arriba que experimenta todo objeto flotante se denomina “fuerza de flotación” o sencillamente “flotación”. Esta fuerza actúa sobre todos los objetos que se hallan en un fluido. Si deseas sentirla, intenta sumergir una pelota playera bajo el agua y verás cómo el agua parece empujarla hacia arriba.

La pelota flota por la Fuerza de Flotación

La fuerza de flotación de un líquido actúa también sobre los objetos de no flotan. Por ejemplo, una piedra parece menos pesada si la sostienes bajo el agua que si la sostienes en el aire.

La fuerza de flotación de un fluido no siempre es lo bastante fuerte como para sostener un cuerpo sólido. Y esto no depende del peso del cuerpo. Por ejemplo, una piedra pequeña se hunde mientras que un pedazo de madera de balsa flota aunque pese 100 kilogramos. El que un cuerpo se hunda o flote depende básicamente de su densidad. Si comparas dos bloques del mismo tamaño, uno hecho de acero y el otro de corcho, verás que el bloque de acero pesa más aunque ocupa el mismo espacio que el corcho. Esto significa que la densidad del acero es mayor que la del corcho.

La densidad depende del peso y del tamaño. Si dos cuerpos pesan lo mismo, el más pequeño tiene mayor densidad. Los fluidos también tienen densidad.

Cuando sumergimos un cuerpo sólido en un líquido, parte del líquido se desplaza. Si el sólido es más denso que el fluido, su peso será mayor que el del fluido que ha desplazado y por lo tanto, se hundirá. Si el sólido es menos denso que el fluido, flotará. Un barco es un casco de metal que contiene grandes cantidades de aire. En conjunto, el barco y el aire que contiene son menos densos que el agua. Su peso es menor que el del agua que desplaza y esto hace que flote.

Flotar no depende directamente del tipo de material del objeto sino de cómo se utiliza el material.

Los objetos flotantes se explican mediante el Principio de Arquímedes. Arquímedes encontró que para que un objeto flote, un objeto debe ser capaz de desplazar la cantidad de agua igual a su propio peso. Si el objeto no puede desplazar esta cantidad de agua, se hundirá.

Esta teoría del agua desplazante se puede ver cuando te sumerges en una bañera y el nivel del agua aumenta. Dado que la flotación depende del peso y el tamaño, vemos que la densidad de un barco es una buena manera de determinar si flotará. La densidad es igual a la masa de los objetos divididos por el volumen de los objetos (densidad-masa/volumen).

Los barcos debido a su diseño tienen una densidad única. La densidad de un barco tiene que incluir todo el peso en todo el volumen de la nave. Por lo tanto, esto incluye el centro de la nave que está en su mayoría vacío, o aire. Así que un barco de acero tiene una densidad media más pequeña que el agua debido al centro vacío de la nave. Al ser menos denso que el agua, el barco flota.


Principio de Arquímedes
El principio de Arquímedes establece que un cuerpo sumergido en un fluido es impulsado por una fuerza igual al peso del líquido desplazado. El principio se aplica tanto a los cuerpos flotantes como a los sumergidos y a todos los fluidos, es decir, líquidos y gases. Explica no sólo la flotabilidad de los barcos y otros navíos en el agua, sino también el aumento de un globo en el aire y la aparente pérdida de peso de los objetos bajo el agua.

Para determinar si un cuerpo determinado flotará en un fluido dado, se deben considerar tanto el peso como el volumen; es decir, la densidad relativa, o peso por unidad de volumen, del cuerpo en comparación con el fluido determina la fuerza boyante. Si el cuerpo es menos denso que el fluido, flotará o, en el caso de un globo, se elevará. Si el cuerpo es más denso que el líquido, se hundirá. La densidad relativa también determina la proporción de un cuerpo flotante que se sumergirá en un fluido. Si el cuerpo es dos tercios tan denso como el fluido, entonces dos tercios de su volumen se sumergirán, desplazando en el proceso un volumen de líquido cuyo peso es igual a todo el peso del cuerpo. 

En el caso de un cuerpo sumergido, el peso aparente del cuerpo es igual a su peso en el aire menos el peso de un volumen igual de líquido. El fluido más a menudo encontrado en las aplicaciones del principio de Arquímedes es el agua, y la gravedad específica de una sustancia es una medida conveniente de su densidad relativa en comparación con el agua. Al calcular la fuerza boyante en un cuerpo, sin embargo, también se debe tener en cuenta la forma y la posición del cuerpo. Un bote de remos de acero colocado en el extremo en el agua se hundirá porque la densidad de acero es mucho mayor que la del agua. 

Sin embargo, en su posición normal, quilla hacia abajo, el volumen efectivo del barco incluye todo el aire dentro de él, de modo que su densidad media es entonces menor que la del agua, y como resultado flotará.

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