¿Has visto alguna vez uno de esos gigantescos cruceros? ¿O un buque de carga repleto de contenedores? ¿O quizás incluso un portaaviones cubierto de aviones a reacción? ¿Cómo pueden flotar estos enormes barcos en el agua? El agua es mucho menos densa que el acero del que están hechos estos barcos. Entonces, ¿por qué estos barcos no se hunden hasta el fondo del puerto?
¿Qué es la flotabilidad?
Podemos agradecer a Arquímedes el haber sido el primero en explicar el principio de este rompecabezas. Arquímedes fue un científico griego que nació en el año 287 antes de Cristo. Este principio se conoce como flotabilidad o Principio de Arquímedes.
El Principio de Arquímedes establece que la fuerza ejercida sobre un objeto en un fluido es igual al peso del fluido desplazado (movido fuera del camino) por el objeto. Esta fuerza se llama fuerza de flotación. La fuerza de flotación empuja el objeto hacia arriba. La gravedad ejerce una fuerza hacia abajo sobre el objeto (su peso), que viene determinada por la masa del objeto. Por tanto, si la fuerza ejercida hacia abajo sobre el objeto por la gravedad es menor que la fuerza de flotación, el objeto flotará.
¿Sabías que?
Se cree que Arquímedes corrió desnudo por las calles gritando «¡Eureka!». («¡Lo tengo!» en griego) tras darse cuenta de que la cantidad de agua desplazada de su bañera era igual al peso de su cuerpo.
¿Cómo se relaciona la flotabilidad con la densidad?
Si un bloque de madera de un centímetro cúbico (1 cm x 1 cm x 1 cm) se coloca en un recipiente con agua, la cantidad de agua desplazada será igual al peso del bloque de madera. ¿Pero qué pasa si un bloque del mismo tamaño está hecho de plomo? El plomo tiene una densidad mucho mayor que la madera. Si se coloca un bloque de plomo de un centímetro cúbico en un recipiente con agua, la cantidad de agua desplazada será igual al peso del bloque de plomo.
En el caso de la madera, el peso del agua desplazada es pequeño. La fuerza de flotación es mayor que la fuerza gravitatoria, por lo que la madera flota. El plomo es más denso que la madera. Eso significa que contiene más masa en el mismo volumen. Por tanto, el plomo desplaza más agua que la madera. La fuerza gravitatoria sobre el plomo supera la fuerza de flotación, por lo que el plomo se hunde.
¿Cómo se aplican la flotabilidad y la densidad a los barcos?
¿Cómo se puede aplicar este principio a los barcos? Los barcos son enormes buques de acero. Un barco puede tener una masa de cientos de miles de toneladas. El acero es mucho más denso que el agua, por lo que se podría pensar que los enormes barcos de acero se hundirían, ¿verdad? Pues bien, ¡piénselo de nuevo! Lo que ayuda a mantener los barcos a flote es su forma y lo que hay en su interior. Los barcos no son piezas sólidas de acero. En su lugar, son en su mayoría cáscaras huecas de acero. En el interior del barco hay todo tipo de componentes. Por ejemplo, el motor del barco, el combustible y la carga pueden estar dentro. Pero lo más importante, ¡hay aire dentro de un barco!
¿Sabías que?
El barco más pesado del mundo es el Pioneering Spirit. Desplaza unas 900 000 toneladas métricas de agua. ¡Eso equivale a unos 300.000 elefantes!
El aire que hay dentro de un barco es mucho menos denso que el agua. ¡Eso es lo que lo mantiene flotando! La densidad media del volumen total del barco y de todo lo que hay en su interior (incluido el aire) debe ser menor que el mismo volumen de agua. Cuando un barco se sumerge en el agua, empuja hacia abajo y desplaza una cantidad de agua igual a su peso. Cuanto más se acerque la densidad total del barco a la densidad del mismo volumen de agua, mayor será la cantidad del barco que estará en el agua. Si la densidad media del barco es siempre mayor que la densidad del agua, entonces el barco se hundirá bajo la superficie del agua.
Cuando un barco se hunde, es porque el agua entra en el barco. Esto fuerza la salida del aire, haciendo que la densidad media del barco sea mayor que la del agua. Una de las catástrofes más famosas es el hundimiento del RMS Titanic. El barco chocó con un iceberg frente a la costa sur de Terranova en abril de 1912. El iceberg abrió varios agujeros pequeños en el casco del barco, dejando que el agua entrara en la proa. A medida que entraba más agua en el barco, el aire era forzado a salir. Esto hizo que el barco se hundiera hasta el fondo del océano.
Al igual que cualquier otro barco que se haya hundido, el Titanic finalmente se hundió en el fondo del océano debido a la (falta de) flotabilidad!
¿Sabías que?
Después de golpear el iceberg, el Titanic se hundió en 160 minutos. ¡Eso es sólo 2 horas y 40 minutos!