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Toni Paul, Pixabay.
¿Por qué flotan los barcos? Todo tiene que ver con la densidad del objeto. Si bien es complejo pensar en cómo flotan los barcos, entendiendo que la mayoría de los navíos son enormes y, muy pesados… Sin embargo, la ciencia se ha encargado de sentar las bases con teorías increíbles que lograron esclarecer uno de los misterios más grandes de la historia del mundo.
¿Por qué flotan los barcos?
Los barcos flotan porque cuentan con cámaras de aire en la parte inferior de su estructura, lo que les permite ser menos densos que el volumen de agua que ocupan y, al mismo tiempo, pueden desplazarse con facilidad.
Son tres los conceptos básicos que explican cómo y por qué un barco puede flotar, siendo el primero el principio de flotabilidad, que sostiene que un objeto sumergido en un líquido enfrentará una fuerza hacia arriba. Esto sucede cuando la fuerza hacia arriba es mayor que la gravedad (fuerza hacia abajo) y hace que el objeto se mantenga a flote.
En segundo lugar, el principio de Arquímedes, el cual apunta que el objeto sumergido en un fluido experimentará una fuerza hacia arriba del fluido. En este caso, la fuerza hacia arriba equivale al peso del fluido desplazado por el objeto.
Después entra en juego la ley de flotación, que establece que los materiales con densidades más bajas que las del líquido en el que están sumergidos podrán flotar. Por ejemplo, la madera y el aceite flotan en el agua porque su densidad es menor a la del agua.
Un embarcadero de acero flota porque se diseño para poder aplicar los tres principios. Siendo de vital importancia la estructura del navío a la hora de flotar, porque los barcos no se hunden cuando existe una buena construcción, apuntando siempre a su vida útil.
Los expertos aseguran que un acorazado de acero flota porque su diseño se ha hecho pensando en que se pueda desplazar agua igual al peso del propio barco, como lo establece el principio de Arquímedes.
¿Qué hace que los botes floten siendo tan pesados? Esto es algo que saben bien los arquitectos y diseñadores de barcos, quienes deben crear la mega embarcación con una pieza fundamental para que no se hunda en el mar.
Todo el diseño y la construcción de una embarcación se centra en esa área que se conoce como casco. Se trata de la estructura más vital de una embarcación y está diseñada con precisión para cumplir con varios requisitos que se relacionan con la vida útil de un navío.
El casco es un recinto hermético, diseñado para proteger la carga, la maquinaria y la tripulación. Su propósito más básico es proteger el barco del clima, inundaciones y daños estructurales.
En este espacio se concentran los caparazones de acero ahuecados que contienen una cantidad adecuada de aire para disminuir la densidad del barco.
Cuando el barco es menos denso que el agua, se aplica la ley de flotación, puesto que el volumen de aire en el casco es el que determina la flotación y la capacidad de carga total.
El resultado final es una embarcación desplazándose por el agua tranquilamente… Y, sin más preámbulos, es porque flotan los barcos que existe el transporte marítimo.
En el siguiente vídeo se presenta un experimento casero y sencillo que sirve para poner a prueba el principio de flotabilidad y entender por qué los barcos no se hunden.
Arquímedes (287 A. C. – 211 A. C.), fue un matemático de la antigua Grecia, conocido por ser el inventor más famoso de su época. Su nombre quedó plasmado en la historia cuando hizo su formulación del principio hidrostático o principio de Arquímedes y creó un dispositivo para elevar el agua, conocido como el Tornillo de Arquímedes, que se utiliza en la actualidad.
En su obra On Floating Bodies (Sobre cuerpos flotantes), Arquímedes presentó el primer trabajo conocido sobre hidrostática, el cual obtuvo el nombre de “Principio de Aquiles”. Su objetivo fue establecer las posiciones que asumirán diversos sólidos al flotar en un fluido, de acuerdo con su forma y la variación de su peso específico.
Aunque el texto es muy valioso por los estudios del famoso matemático, la historia de la flotabilidad tiene mucho que ver con el rey Hierón II de Siracusa y su corona de oro.
El rey había encargado la elaboración de una corona como tributo a los dioses. Pesó la cantidad de oro necesaria y se la dio a un herrero, quien hizo una preciosa corona en el tiempo estimado.
No obstante, Hierón II no estaba confiado del trabajo y supuso que el artesano no había usado todo el oro e hizo la corona con plata barata. Como era muy amigo de Arquímedes, le pidió que descubriera si el herrero había sido deshonesto.
Como el oro y la plata tienen densidades diferentes, un trozo de oro pesa aproximadamente el doble que uno de plata. Con esto en mente, Arquímedes fue a los baños públicos a relajarse para resolver su caso.
En ese momento, notó que el agua se derramaba por los bordes y pensó que el agua debía tener el mismo volumen que su cuerpo. Esta idea le bastó para resolver el misterio, así que solo debía comprobar si un trozo de oro puro, con el mismo volumen que la corona, pesaba más.
La corona sería más ligera si el artesano hubiera agregado un poco de plata y no todo el oro, concluyó Arquímedes. Después, salió corriendo desnudo por las calles, vociferando “¡Eureka!, ¡Lo he encontrado!”. El herrero confesó y el rey lo castigó.
En 2020, científicos de la Escuela Superior de Física y de Química Industrial de París, decidieron que era una buena idea desafiar el Principio de Aquiles, así que se hicieron la siguiente pregunta: “¿qué pasaría si hacen vibrar el líquido verticalmente?”
El cuestionamiento estuvo direccionado a romper con todo lo que se sabe de la acción de la gravedad y la densidad (masa por unidad de volumen). Se enfocaron en crear una especie de colchón de aire para darle una sacudida vertical y descubrieron que la flotabilidad se podía mantener aún con una sacudida vertical o “gravedad invertida”.
En el vídeo a continuación, los expertos vertieron glicerol en un recipiente transparente e inyectaron aire en la base, después accionaron las vibraciones. El líquido empezó a levitar y dejaron en evidencia de cómo un objeto puede mantenerse a flote aun estando boca abajo, en el líquido levitante. En este caso, el pequeño barco es la prueba del efecto antigravedad.
Cuando Arquímedes hizo su descubrimiento sobre los cuerpos flotantes, quizás no esperaba que más adelante sus estudios respondieran a la incógnita de por qué flotan los barcos. Por fortuna, gracias a esa “eureka”, el mundo pudo utilizar ese conocimiento del matemático griego para entender cómo flotan los barcos y cómo es posible extender su vida útil para utilizarlos como medio de transporte y también para el comercio.