Descubre las características y funciones de la flotabilidad

La flotabilidad es la capacidad de un objeto de flotar en un líquido. La relación del peso del objeto con el peso del agua desplazada es lo que determina si el objeto flotará; aunque el tamaño y la forma del objeto tienen un efecto, no son la razón principal por la que un objeto flota o se hunde. Si un objeto desplaza más agua que su peso, flotará. La flotabilidad es un factor importante en el diseño de muchos objetos y en una serie de actividades acuáticas, como la navegación o el buceo .

La flotabilidad permite que un patito flote en el agua.

El principio de Arquímedes

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Al matemático Arquímedes, que vivió en el siglo III a. C., se le atribuye haber descubierto gran parte de cómo funciona la flotabilidad. Según la leyenda, un día se estaba bañando y notó que cuanto más se sumergía en el agua, más subía su nivel. Se dio cuenta de que su cuerpo estaba desplazando el agua de la bañera. Más tarde, determinó que un objeto bajo el agua pesaba menos que un objeto en el aire. A través de estas y otras realizaciones, estableció lo que llegó a conocerse como el Principio de Arquímedes:

Un submarino se sumerge añadiendo agua a sus tanques de lastre.

Un objeto en el fluido es impulsado por una fuerza igual al peso del fluido que el objeto desplaza.

Flotabilidad positiva, negativa y neutra

Un objeto que flota en un líquido es positivamente flotante. Esto significa que la cantidad de agua desplazada por el objeto pesa más que el objeto en sí. Por ejemplo, un bote que pesa 50 libras (23 kg) pero desplaza 100 libras (45 kg) de agua flotará fácilmente. El bote desplaza más agua que su peso en parte debido a su tamaño y forma; la mayor parte del interior de un barco es aire, que es muy ligero. Esto explica por qué flotan enormes transatlánticos: mientras el agua desplazada pese más que los propios barcos, no se hundirán.

Los buceadores que pretenden alcanzar profundidades extremas suelen llevar pesos que actúan como lastre.

La flotabilidad negativa es lo que hace que los objetos se hundan. Se refiere a un objeto cuyo peso es mayor que el peso del líquido que desplaza. Por ejemplo, un guijarro puede pesar 25 gramos, pero si solo desplaza 15 gramos de agua, no puede flotar. Si el bote de 50 libras (23 kg) se cargara con 75 libras (34 kg) de carga, ya no flotaría porque su peso (125 libras o 56,69 kg) es más pesado que el peso del agua que desplaza (100 libras o 45 kg).

Un buque portacontenedores se elevará notablemente en el agua a medida que se descarga su carga.

También es posible que un objeto tenga flotabilidad neutra. Esto significa que el peso del objeto y la cantidad de líquido que desplaza son aproximadamente iguales. Un objeto con flotabilidad neutra flotará en el líquido, ni se hundirá ni flotará. Un submarino puede ajustar su peso agregando o expulsando agua en tanques especiales llamados tanques de lastre. Al equilibrar adecuadamente su lastre, el submarino puede flotar a varios niveles bajo la superficie del agua sin hundirse.

El casco de un barco, que se puede ver en su totalidad cuando está depositado en tierra firme, desplaza un área igual de agua cuando está flotando.

Tamaño y forma

La cantidad de superficie de un objeto que toca el agua tiene un efecto sobre su flotabilidad. Un barco muy grande tiene mucha superficie, lo que significa que el peso del barco se distribuye sobre mucha agua, todo lo cual empuja hacia arriba el barco. Si el mismo barco estuviera en el agua con la proa apuntando hacia abajo, comenzaría a hundirse porque todo el peso se concentra en un área pequeña y el agua que está desplazando pesa menos que el peso del barco.

Los nadadores saben que contener la respiración puede hacerlos más flotantes.

Un ejemplo común utilizado para demostrar esto es una persona flotando en el agua. Si la persona flota sobre su espalda, todo su cuerpo puede permanecer en la superficie del agua o cerca de ella. Cuando flote en el agua con los pies hacia abajo, se hundirá más; por lo general, solo la parte superior del cuerpo permanecerá en la superficie del agua.

Estabilidad

La estabilidad en un fluido depende de la ubicación del centro de flotabilidad de un objeto en relación con su centro de gravedad . El centro de gravedad de un objeto es el punto en el objeto donde todo el peso del objeto parece estar concentrado; también se puede considerar como la ubicación promedio del peso del objeto. El centro de flotabilidad es el centro de gravedad del agua que el objeto ha desplazado. Esto no está en el agua, sino en el objeto que flota sobre ella.

When the center of buoyancy is directly above the center of gravity, then the object will be stable. If, however, the center of gravity is above the center of buoyancy — as in a ship that is loaded with freight high above the water line — then the object becomes unstable. If the freight shifts to one side for any reason, the center of gravity and the center of buoyancy will no longer line up. The ship will tip over as the center of buoyancy tries to rise above the center of gravity again.

In the human body, the center of gravity is usually in the area of the navel. The center of buoyancy is slightly higher, which is why a body tends to float upright with the shoulders and torso above the legs. Turned upside down, where the legs are above the torso, the body's center of gravity is above the center of buoyancy. This makes the body unstable, and the position can only be maintained through effort.

Buoyancy in Practice

By applying the principles of buoyancy, engineers can design boats, ships, and seaplanes that remain afloat and stable in water. This is true of many other objects, such as life preservers and pontoons. Just about anything designed for water relies on an understanding of these principles.

Many swimmers know that there are ways to make their bodies more buoyant, such as lying on their backs or holding a full breath. In addition, trying to dive to the bottom of a pool takes effort because the body naturally floats. Scuba divers in particular need to know how to float, hover, and sink, and they often wear extra weights and other gear to help them manage these maneuvers.

 

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