La explicación del porqué flotan los barcos es posible de comprender si, en un primer momento, se conoce el concepto de “Densidad”.
Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.
La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Es decir, se calcula dividiendo la masa de un cuerpo entre su volumen.
d= m/v
La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja.
Aunque los barcos, especialmente los mayores, se construyan con acero y éste tenga una densidad mayor que el agua, flotan porque no son macizos: La mayor parte del barco es espacio vacío, aire. Así, aunque la densidad del acero es mayor que la del agua, la densidad del barco no lo es, es más pequeña, flotando sobre ella.
En segundo lugar, es necesario conocer otra propiedad física, el concepto de “Ligereza”. Todos hemos notado que al sumergirnos en una piscina nos sentimos más livianos, y además, que hay algunos objetos que tienen la habilidad de flotar. Esta habilidad de flotar en un fluido se denomina “Fuerza ligera” y se encuentra estrechamente relacionada al concepto recién mencionado de la densidad.
Esta relación entre la fuerza ligera y la densidad se hace patente al sumergir objetos en algún fluido, como por ejemplo, en agua. Si el objeto sumergido en agua es menos denso que éste fluido, entonces flotará. Por el contrario, si es más denso que el agua o el fluido en el que está sumergido, entonces se hundirá. A modo de ejemplo es útil considerar un objeto de madera. La madera es menos densa que el agua, por eso puede flotar, mientras que un trozo de fierro, al ser más denso se hunde.
Comienza a entenderse entonces la relación de todos estos conceptos con la pregunta del porqué flotan los barcos. Si bien existen barcos fabricados tanto en madera como en acero, se los ha construido también en otros materiales que podrían ser todavía mucho más densos que el agua. Sin embargo, existe otra sustancia que hasta el momento no se ha considerado, el aire.
Los grandes barcos, independientemente del material del que se encuentren fabricados contienen enormes espacios llenos de aire, sustancia que resulta ser menos densa que el agua, permitiendo así que esta gran construcción se mantenga a flote. En otras palabras, debido a estos grandes espacios de aire, la densidad total de los barcos resulta ser menor que la del agua, permitiendo a los barcos desplazarse tranquilamente sobre la superficie del agua.
Desde otra perspectiva, equivalente, se puede también decir que los barcos u otros objetos flotan debido a que la masa de agua desplazada es mayor que la masa del objeto en cuestión; este principio lo descubrió Arquímedes, un antiguo Griego. Si se da el caso contrario, el objeto se hunde. Estos principios, combinados con la forma adecuada del casco del barco, le dan a los buques estabilidad para desplazarse por las aguas.
Principio de Arquímides.
Flotabilidad
¿ Por qué un trozo de plomo de (por ejemplo) algunos gramos se hunde en el agua y sin embargo un barco de varias toneladas flota en ella ?El principio de Arquímides explica la naturaleza de la flotabilidad:
"Un cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido experimenta una fuerza ascendente igual al peso del líquido desplazado"
El volúmen de agua desplazada es idéntico al volúmen de la parte sumergida del cuerpo.
Un cubo de 1 metro de arista, totalmente sumergido, desplazará exactamente 1 m3 de agua. Si el peso de este m3 de agua fuese 1,000 Kg, entonces el cubo experimentaría una fuerza ascendente de 1,000 Kg.
Si el peso del cubo fuese 900 Kg, la fuerza ascendente sería mayor, por lo que el cubo subiría hasta que el peso del agua desplazada sea 900 Kg. El cubo estaría parcialmente sumergido (estaría flotando) y el volúmen sumergido desplazaría exactamente 900 Kg de agua. El cubo tiene flotabilidad positiva.
Asimismo, si el peso del cubo fuese 1,000 Kg, la fuerza ascendente sería igual al peso del cubo, por lo que tendría una flotabilidad neutra.
Si el cubo pesara 1,100 Kg, la fuerza ascendente sería menor que su peso, por lo que se hundiría. En todo caso, dentro del agua el cuerpo está sometido a la fuerza ascendente de 1,000 Kg, por lo que tendría un peso aparente de solo 100 Kg. El cuerpo tiene flotabilidad negativa.
Ya hemos visto que la fuerza ascendente que actúa sobre un cuerpo parcial o totalmente sumergido es igual al peso del líquido desplazado. ¿ De qué depende este peso ? De la densidad del líquido y del volumen del cuerpo sumergido.
El agua de mar es más densa que el agua dulce, por lo que 1 litro de agua de mar pesará mas que 1 litro de agua dulce. Un buceador sumergido en agua de mar desplazará igual cantidad de agua que él mismo sumergido en agua dulce; sin embargo, puesto que el peso del agua de mar será mayor al del agua dulce, el empuje (o fuerza ascendente) será mayor en el primer caso que en el segundo. Por tal razón será más fácil flotar en agua salada que en agua dulce.
Asimismo, un buceador con mayor volumen desplazará mayor cantidad de agua que uno de menor volúmen. Cuando un buceador inmerso en el agua infla su chaleco compensador, lo que está haciendo es aumentar su volumen, sin modificar su peso. Al aumentar su volumen aumenta también el volumen de agua desplazado, por lo que aumenta su empuje y adquiere flotabilidad positiva.
El cuerpo humano tiene una densidad similar al del agua, por lo que puede decirse que tiene una flotabilidad neutra. Para nosotros es relativamente fácil hundirnos y salir a flote si sólo nos vestimos con trajes de baño. Sin embargo al utilizar un traje de buceo, nuestro volúmen aumenta considerablemente, por lo que adquirimos flotabilidad positiva y se torna muy dificil sumergirnos. Por ello es necesario utilizar lastre adicional, de tal forma de volver a experimentar flotabilidad neutra o negativa.
Born
About 287 BC in Syracuse, Sicily. At the time Syracuse was an independent Greek city-state with a 500-year history.
About 287 BC in Syracuse, Sicily. At the time Syracuse was an independent Greek city-state with a 500-year history.
Died
212 or 211 BC in Syracuse when it was being sacked by a Roman army. He was killed by a Roman soldier who did not know who he was.
Education
Probably studied in Alexandria, Egypt, under the followers of Euclid.
Family
His father was an astronomer named Phidias and he was probably related to Hieron II, the king of Syracuse. It is not known whether he was married or had any children.
Inventions
Many war machines used in the defense of Syracuse, compound pulley systems, planetarium, water screw (possibly), water organ (possibly), burning mirrors (very unlikely).
Fields ofScienceInitiated
Hydrostatics, static mechanics, pycnometry (the measurement of the volume or density of an object). He is called the "father of integral calculus" and also the "father of mathematical physics".
MajorWritings
On plane equilibriums, Quadrature of the parabola, On the sphere and cylinder, On spirals, On conoids and spheroids, On floating bodies, Measurement of a circle, The Sandreckoner, On the method of mechanical problems.
Place inHistory
Generally regarded as the greatest mathematician and scientist of antiquity and one of the three greatest mathematicians of all time (together with Isaac Newton (English 1643-1727) and Carl Friedrich Gauss (German
1777-1855)).
http://www.gifmania.com/barcos/titanic/
A statue in the National Museum (Naples, Italy) widely claimed to represent Archimedes. It actually is a bust of Archidamos III, a third-century BC king of Sparta.
http://www.geocities.com/pipeline/6092/arquim.html
http://www.misrespuestas.com/porque-flotan-los-barcos.html
