¿Por qué flota un barco?

¿Quién no ha visto “Titanic” en algún momento de su vida? Aquella historia romántica y un tanto absurda (sin que esto demerite la calidad de la película en ningún sentido) que nos emocionó, nos conmovió y en mi caso, nos alegró el día con su humor involuntario. Una de las escenas más hilarantes de la película ocurre cuando el barco se va a pique y la proa del mismo queda elevada sobre el nivel del mar cual rascacielos, y en un par de minutos, con una rapidez exagerada se sumerge en las heladas aguas del Océano Atlántico hundiendo junto con él a toda persona que se encontrara cerca. Justo cuando la expectativa estaba más alta una pequeña niña (que después descubriría que era mi sobrina)  preguntó  por qué flotaban los barcos si eran tan grandes y que si era posible que se hundieran tan rápido. Decidido a darle una respuesta sencilla y clara decidí investigar llegando a lo siguiente.

Para poder entender por qué flota un barco debemos hablar de fluidos, pero, ¿qué es un fluido? De manera simple diremos que es toda aquella sustancia que fluye y que a su vez adopta la forma del recipiente que lo contiene, algunos ejemplos serían el agua, el aceite o el aire dentro de un globo.

El aire, si bien podría parecer un tanto extraño, es un fluido, de manera más específica diremos que es un gas y este a su vez tiene ciertas características particulares: una de ellas es que se difunde, esto quiere decir que tiende a ocupar el espacio total del recipiente que lo contiene, esto se debe a que las moléculas que lo componen están muy separadas entre sí y estas a su vez se mueven de manera caótica, sin un orden en específico. El movimiento de las partículas no se verá afectado a menos que choquen entre sí o con las paredes del recipiente que los contiene. Es debido a esto que terminan por ocupar la totalidad del volumen del recipiente. Otra característica importante es que su volumen es variable pudiendo expandirse o comprimirse según se requiera.

El agua y el aceite son ejemplos de líquidos y al igual que los gases tienen características particulares: La forma de los líquidos es variable y adoptan la forma del recipiente que lo contiene. Sin efecto de la gravedad la forma natural de los líquidos es de una esfera, esto es debido a las fuerzas de cohesión que existen entre las partículas del líquido, siendo mayores en la superficie de la esfera que en su interior. El volumen de los líquidos a diferencia de los gases es constante, esto es debido a que un líquido es prácticamente incompresible y existe suficiente fuerza de atracción entre sus partículas como para que no se expanda. Los líquidos tienden a fluir de manera más ordenada ya que sus partículas si bien no están completamente unidas, tampoco están tan separadas como en los gases, lo que les permite desplazarse “juntas” como una masa unida.

fluidos

Ya que sabemos de manera general lo que es un fluido y ahora nos queda preguntar ¿Por qué flota un barco? Bien, esto es debido al empuje hidrostático.

“El empuje hidrostático es la fuerza de reacción que ejerce un fluido sobre un cuerpo sumergido en él debido al peso del propio cuerpo” 

Se define con la siguiente fórmula:

for

Donde:

  • E = Empuje hidrostático  [N]
  • p_fluido = Densidad del fluido [kg/m^3]
  • g_local = aceleración local de la gravedad   [m/s^2]
  • V_sumergido = Volumen del cuerpo sumergido  [m^3]

Resulta que la fuerza de empuje es una fuerza de reacción, de reacción al peso del cuerpo que se intenta sumergir en él. Sí alguna vez se han metido a una alberca han sentido esta fuerza ya que los “detiene” si se intentan mover a través del fluido, o si se encuentran sobre el los “carga”. El volumen desplazado debido al peso es igual al volumen de fluido necesario para provocar la fuerza de empuje que genera el fluido sobre el cuerpo (hay que recordar que el peso es una fuerza producto de la masa del cuerpo por la aceleración local de la gravedad).

Supongamos que queremos meter una esfera de plomo en agua, debido a que el plomo tiene una mayor densidad que el agua ésta se hundiría inmediatamente en ella, ahora bien, si la misma esfera de plomo, con la misma masa se empezara a “inflar” como un globo, lo que estaría cambiando sería el volumen de la esfera y con esto la densidad el cuerpo ya que la masa permanece constante (recordemos que la densidad es la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo p = masa/volumen), con el aumento de volumen la densidad disminuiría y si disminuye lo suficiente podría flotar en el agua ya que su densidad sería menor. ¿Pero qué pasa con el volumen desplazado? pues bien, no importa cuan grande se haga la esfera, el volumen que desplazaría al introducirse en el agua sería exactamente el mismo, porque el volumen de fluido necesario para compensar el peso del cuerpo es exactamente el mismo.

Y esto es precisamente lo que pasa con los barcos, su masa total en relación a su volumen arroja una densidad mucho menor a la del agua por lo tanto flota, esto debido a que la fuerza de reacción que ejerce el fluido sobre el barco es igual al peso (fuerza) que ejerce el barco sobre el fluido y el volumen que se encuentra sumergido representa el volumen neto de la masa de agua necesaria para compensar el peso del barco.

Ahora, con respecto al porque se hundió tan rápido el barco, pues, el arte del cine, en realidad el barco tardo cerca de 5 horas en hundirse y los últimos testimonios de él no mencionan que se haya partido por la mitad, Así que toda esa épica escena no es más que marketing de Holliwood para atraer nuestra atención, pero hay que ser honestos, sería aburridísimo esperar 5 horas para ver como se hunde el barco y aún más, seria demasiado tortuoso para el buen Leonardo esperar tanto para hundirse en las heladas aguas del Atlántico.

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