Vamos a descubrir por qué flotan los barcos, con formas y tamaños tan diferentes y a conocer los principios físicos que intervienen para que puedan flotar.
¿Por qué flotan los barcos?
Hay que tener en cuenta que la flotabilidad es la capacidad de un elemento, para sustentarse dentro de un líquido y que además, existe una fuerza natural que empuja al barco en ese líquido desde abajo hacia arriba
En el caso de una embarcación, además de la presión que va a ejercer el líquido que le rodea,
su flotabilidad va a depender del balance entre dos fuerzas:
- Su peso
- Y la fuerza de la gravedad.
Estas fuerzas también las puedes sentir cuando nadamos en el agua, puesto que también nos regimos por el principio de flotabilidad como las embarcaciones o los submarinos.
Este principio de flotabilidad se lo debemos al físico, astrónomo, matemático, ingeniero, inventor y filósofo llamado Arquímedes de Siracusa.
Considerado uno de los científicos más importantes de la historia antigua, entre otros descubrimientos e invenciones nos entregó una ley de la física conocida como el Principio de Arquímedes.
El Principio de Arquímedes
Desde el siglo II a.C., los constructores de embarcaciones del primer período de la historia se están basando para fabricar sus barcos en el Principio de Arquímedes.
El principio de Arquímedes dice lo siguiente:
Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado
Arquímedes de Siracusa
La explicación de porqué flotan los barcos siguiendo el principio sería:
- En el momento de sumergir un barco en el agua, la fuerza de su peso deja vacío o libre parte del volumen que antes ocupaba el agua.
- El agua empujará al barco en todas las direcciones donde se haya desplazado.
- Recibe un empuje del agua en ángulo recto al casco y hacia dentro.
- Además hay que contar con la fuerza que empujará al barco desde abajo hacia arriba.
De ahí la importancia durante el proceso de construcción de un barco que el diseño esté basado en el principio de Arquímedes y teniendo en cuenta otros conceptos físicos como la densidad del agua.
Esto se aplica a construcciones de distintos tamaños, desde pequeñas embarcaciones construidas en madera hasta los construidos en acero y hierro como los enormes barcos de crucero o buques de carga.
Sin olvidar que para ser funcionales y operativos los barcos deben tener buena estabilidad y evitar entradas de agua dentro del barco.
La densidad
La densidad se puede definir como la relación que hay entre la masa y el volumen de un elemento o sustancia.
O también como la cantidad de materia que existe por unidad de volumen en un objeto.
Lo fundamental es comprender que un barco podrá flotar siempre que su densidad total sea inferior a la densidad del agua.
Y hablando del agua, la densidad del agua del mar 1 026 kg/m3 es mayor que la del agua dulce 998 kg/m3.
En el siguiente grafico de ejemplo el tronco de madera tiene mucho volumen, y en cambio la viga de acero aunque tiene un volumen mucho menor, su masa y materia tienen una alta densidad.
Recuerda que habrás visto como los troncos de madera flotan sin demasiada dificultad en el agua, y esto sucede porque la densidad del agua es mayor que la de los troncos..
Los troncos y la madera por su baja densidad flotan, ya que tienen mucho volumen de aire en su composición.
La flotabilidad de un barco
Del resultado entre ese balance o equilibrio entre las distintas fuerzas que influyen para mantener la flotabilidad de un barco, pueden resultar tres tipos:
- Flotabilidad positiva:
- El elemento asciende a la parte superior de la superficie acuática.
- Flotabilidad negativa:
- El elemento desciende a la parte interior de la superficie acuática.
- Flotabilidad neutra:
- El elemento se mantiene en suspensión cubierto del líquido.
Por consiguiente, el casco de una embarcación se considera una de las partes de la estructura del barco mas importantes para su flotabilidad.
El diseño de la flotabilidad de un barco debe garantizar el desplazamiento del agua en la misma medida que el propio peso de la embarcación, como indica el principio físico de Arquímedes.
DOCUMENTACIÓN Y ENLACES DE APOYO
Ampliación sobre los distintos términos:
- Sobre la densidad.
- Sobre la flotabilidad.
- Video con explicación detallada sobre Arquímedes y su descubrimiento del principio físico:
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