¿Qué es flotar en el agua?

Principio de Arquímedes

En primer lugar, vamos a ver cómo es posible llenar un recipiente, que puede ser un tubo de ensayo, un tarro o un vaso, con fluidos de diferentes colores para obtener una “torre” con un seguro efecto multicolor.

El bueno de Arquímedes acude en nuestra ayuda con su famoso principio: “Un cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado”. Es el principio que subyace a la flotabilidad de los barcos y a la disminución del peso de una piedra cuando la levantamos bajo el agua en comparación con su peso fuera de ella. Es el principio que nos hace sentir ligeros cuando nos sumergimos en una piscina. Y si el fluido es el aire, es el principio que permite que los globos llenos de helio se eleven al volar por el cielo.

En este caso, se trata de un empuje hidrostático de un líquido sobre otro. Un líquido se eleva sobre otro cuando tiene una densidad menor (expresada, por ejemplo, en gramos por centímetro cúbico).

También puede ser interesante introducir algunos objetos en el recipiente una vez lleno; por ejemplo, un tornillo, una tuerca, una cereza en almíbar, una bola de poliestireno. También será posible comprobar el principio de Arquímedes con los empujes diferenciados que ofrecen los distintos fluidos, observando hasta dónde se hunden.

Fuerza de Arquímedes

Los fluidos son sustancias en estado líquido (por ejemplo, el agua) o en estado aeriforme (por ejemplo, un gas), que no poseen forma propia, constituidas por partículas que pueden desplazarse a grandes distancias y de cuyo movimiento se deriva precisamente la falta de forma propia (los fluidos adoptan, en efecto, la forma del recipiente que los contiene).

Imaginemos un tubo en forma de “U” que contiene un líquido (por ejemplo, mercurio) y que, por tanto, consta de dos ramas: una en comunicación, a través de un grifo, con un recipiente que contiene un gas o un líquido y la otra con el aire atmosférico. Poniendo este tubo en comunicación con el fluido cuya presión se quiere medir, tendremos: p = pa + ρ g h siendo p la presión del fluido y pa la presión atmosférica.

Fuerza de flotación

Los barcos se mantienen a flote gracias a la flotabilidad hidrostática, un principio descubierto por el científico griego Arquímedes de Siracusa (que vivió en el siglo III a.C.) y que lleva su nombre: “un cuerpo sumergido en un fluido recibe de él un empuje ascendente igual al peso del fluido que desplaza”.

Llene la probeta graduada parcialmente con agua. Cuelgue uno de los cuerpos en el dinamómetro, determine su peso y repita el proceso de pesaje sumergiendo completamente el cuerpo en el agua. El cambio de volumen del líquido, que se va a medir, representa el volumen de líquido desplazado por el cuerpo.

Fórmula de empuje de Arquímedes

Pasé mis dulces y largas vacaciones en el hermoso paisaje de Calabria, entre San Nicola Arcella y Praia A Mare: mar cristalino, largos paseos en barco, sol abrasador, altos acantilados interrumpidos por pequeñas o grandes playas de guijarros, abarrotadas por los numerosos bañistas que buscan un poco de refresco…

Preparemos primero el experimento: tomamos un recipiente bastante grande con agua y muchos objetos, de muchos materiales y tipos diferentes. Si hacemos este experimento en clase, también podemos pedir a los niños que traigan materiales de casa para sumergirlos en el agua.

Nosotros también, cuando por ejemplo nos “hacemos los muertos” en el mar, tumbados boca abajo con los brazos y las piernas abiertas y todo el cuerpo relajado, flotamos sin problemas, pero ¿cómo flotamos? Un poco dentro y un poco fuera, de hecho en esta posición a menudo tenemos la cara fuera del agua y las orejas en cambio sumergidas, escuchando el sonido de las olas.

¡Los barcos también flotan “un poco por encima y un poco por debajo” de la superficie del agua: una parte del casco permanece sumergida, sobre todo si el volumen total del barco incluye barco+motor+aire+Cristina…!