Por qué flotan los barcos

Vamos hoy a explicar un correo que anda circulando últimamente por la red. Se trata de una foto del Wasserstraßenkreuz de Magdeburgo (“cruz de calles de agua”, en alemán), cerca de Berlín. Al final del correo, una pregunta para ingenieros: ¿la estructura del puente está calculada para soportar el peso del agua, o del agua y los barcos que circulan por ella?

La isla de Sicilia, aparte de tener un pez espada y unos postres de requesón dulce estupendos, ha sido un manantial inagotable de cabezas muy pensantes a lo largo de los siglos. En el tercero antes de Cristo nació en Siracusa Arquímedes, cuyo principio es bien conocido por estudiantes de física y aficionados a Les Luthiers:

“Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen del fluido desalojado.”

 

Antes de continuar, un par fórmulas imprescindibles: el peso (fuerza que ejerce un cuerpo en reposo contra la fuerza normal ejercida por el apoyo) es igual a la masa por la gravedad. La masa, a su vez, es igual a la densidad por el volumen. De este modo, aplicando Arquímedes, tenemos que la fuerza que experimenta hacia arriba el cuerpo sumergido es:

 

Observamos que cuando la densidad del sólido es mayor que la densidad del fluido la resultante es negativa y el sólido se hundirá (el empuje hidrostático no es suficiente para soportar el peso del sólido). En realidad, sólo con el enunciado del principio tenemos suficiente para aclarar la estructura: al empuje hacia arriba igual al peso del volumen de agua desalojada, la estructura recibe un peso mientras el barco se encuentra sobre ella igual al peso del que se ve liberada tras ser evacuado el fluído: la estructura necesita sólo ser calculada para soportar esa cantidad de agua.

Pero vamos a ahondar un poco más en el tema. Cuando un barco flota en el agua, las fuerzas que experimentan (y que se equilibran) son:

mg=ρfh·Ag

Siendo h la altura de la poción sumergida y A la superficie inferior del sólido (con respecto a la ecuación superior hemos hecho V= h·A) y mg el peso del barco, que podemos reescribir como ρsVg para verlo más claro. El volumen del barco no es igual al volumen de líquido desalojado. Las fuerzas (su masa pues la gravedad es constante) lo son: la porción sumergida multiplicado por la densidad del fluído es igual a la masa del barco:

ρsV=ρfh·A

Cuando ρsf tenemos que V>h·A, por lo que una parte del volumen del sólido sobresaldrá (el barco flota). La quilla y la parte sumergida del casco desplazan su volumen en fluído (aunque este volumen de sólido sumergido pesará menos). De este modo, conociendo el peso de un sólido, podremos saber cuánto se hundirá en el agua de antemano si conocemos su area de apoyo sobre la superficie del fluido, o podremos saber qué area necesitamos apoyar si queremos que se hunda hasta una determinada profundidad.

Esta fórmula explica por qué una colchoneta de agua colocada horizontalmente se hunde menos que si la colocamos verticalmente (pues el area apoyada es menor, aunque la densidad y su peso sean los mismos).

30 comentarios en “Por qué flotan los barcos

  1. A ver, cuando el barco es menos denso que el agua flota, mientras que cuando es menos denso se hunde.

    Si habéis visto Titanic, con Leo DiCaprio, el barco flota hasta que choca con un iceberg y se empieza a llenar de agua por dentro. Según se va llenando se va haciendo más denso hasta que se hunde.

  2. Bueno kenia ahora que empieza a hacer buen tiempo puedes hacer una prueba.
    Ve a una piscina y respira hondo, aguanta la respiración y abandona tu cuerpo, observa que ocurre. Después expulsa todo el aire que puedas y sin inspirar, haz lo mismo. Vuelve a observar que pasa.

    Cuando vuelvas a llenar tus pulmones de aire, piensa de nuevo en el barco.

    De curiosidad añadir que a flotar en el agua de esta forma se le llame “hacer el muerto” cuando un muerto en el agua, no flota.

    Saludos

  3. “segun arquimedes es un principio fisico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estatico seran empujado con una fuerza igual al peso del vollumen del fluido desplazado por dicho objeto”

  4. el barco flota xk es menos denso k el agua
    por ejemplo un cubo de hielo flota xk tiene
    menos densidad que el agua ,en cambio una piedra se sumerge pork tiene mucha densidad ay se usa el principio de arkimides ,todo cuerpo sumergido en el agua tiene una fueza de empuje vertical k ess igual al volumen y el peso del fluido asi arkimides descubrio la formula masa/volumen=densidad

    cual kier comentario
    fernando fernandez–.-.-.-.loco

  5. un barco flota porque tiene la forma concava en donde se aloja aire que es menos denso que el agua .ejemplo un plato en el agua .el barco por su peso desaloja agua pero como el barco tiene la forma concava el agua desalojada es ocupado por el aire que es menos denso que el agua (por principio todo cuerpo menos denso tiende a ” flotar ” )

  6. bueno ya que estoy aki les pido k firmen mi flog es http://www.metroflog.com/comanchito33
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