¿Por qué los cuerpos flotan dentro de un líquido?

El baile de la densidad: ¿Por qué flotamos?

La imagen de un corcho danzando sobre la superficie del agua, o la serenidad de un barco deslizándose sobre el océano, nos plantea una pregunta fundamental: ¿por qué algunos objetos flotan mientras otros se hunden inexorablemente? La respuesta reside en un delicado equilibrio de fuerzas, una danza invisible entre la densidad del fluido y las características del objeto sumergido.

Imaginemos un objeto cualquiera inmerso en un líquido. En ese instante, el fluido ejerce una presión sobre toda su superficie. Esta presión aumenta con la profundidad, lo que significa que la fuerza ejercida sobre la parte inferior del objeto es mayor que la ejercida sobre la parte superior. Esta diferencia de presiones genera una fuerza neta dirigida hacia arriba, conocida como fuerza de empuje o principio de Arquímedes. Este principio, descubierto por el sabio griego hace más de dos mil años, establece que la fuerza de empuje es igual al peso del fluido desplazado por el objeto sumergido.

Aquí es donde entra en juego el concepto crucial de densidad. La densidad se define como la masa de un objeto por unidad de volumen. Un objeto con una densidad menor que la del fluido que lo rodea desplazará un volumen de fluido cuyo peso es mayor que el peso propio del objeto. En otras palabras, la fuerza de empuje superará la fuerza de gravedad que tira del objeto hacia abajo, y como resultado, el objeto flotará. Pensemos en el corcho, su baja densidad le permite desplazar un volumen de agua cuyo peso es superior al suyo propio, impulsándolo hacia la superficie.

Por otro lado, si la densidad del objeto es mayor que la del fluido, el peso del fluido desplazado será menor que el peso del objeto. La fuerza de empuje no será suficiente para contrarrestar la gravedad, y el objeto se hundirá. Una piedra, por ejemplo, posee una densidad considerablemente mayor que la del agua, por lo que se precipita hacia el fondo.

El caso límite se presenta cuando la densidad del objeto es igual a la del fluido. En esta situación, la fuerza de empuje y el peso del objeto se equilibran perfectamente. El objeto ni flota ni se hunde, sino que permanece suspendido en el fluido, en un estado de equilibrio neutral. Un submarino, por ejemplo, controla su flotabilidad ajustando su densidad mediante la admisión o expulsión de agua en sus tanques de lastre, logrando así sumergirse, emerger o mantenerse a una profundidad constante.

En definitiva, la flotabilidad no es una propiedad intrínseca del objeto, sino el resultado de una interacción dinámica con el fluido que lo rodea. La densidad, como una directora de orquesta invisible, determina el destino del objeto, orquestando el delicado equilibrio entre la fuerza de empuje y la gravedad, y decidiendo si flotará, se hundirá o se mantendrá en un etéreo estado de suspensión.