¿Cuál es el peso del líquido desalojado por un cuerpo que flota?

La Danza de los Pesos: El Secreto Detrás de la Flotación

La imagen de un barco majestuoso surcando las olas o un submarino moviéndose sigilosamente en las profundidades siempre ha evocado un sentido de asombro. Pero, ¿qué permite a estos objetos, aparentemente pesados, desafiar la gravedad y mantenerse a flote? La respuesta reside en una ley fundamental de la física: el Principio de Arquímedes, y en la delicada danza entre el peso del objeto y el peso del líquido que desplaza.

Más allá de las fórmulas y los cálculos, la clave para comprender la flotación se encuentra en un equilibrio crucial. Un objeto flotante, ya sea un bote de remos en la superficie de un lago o un dirigible navegando en el aire, está íntimamente relacionado con el fluido que lo rodea. Este fluido, ya sea agua, aire o cualquier otra sustancia capaz de fluir, es “desplazado” por el cuerpo que flota.

Pero, ¿qué significa “desplazar”? Imagínense sumergir una pelota en una piscina. A medida que la pelota entra en el agua, obliga a parte de esa agua a moverse de su lugar original. Ese volumen de agua que ha sido “empujado” fuera es precisamente el volumen de fluido desplazado.

Y aquí reside el quid de la cuestión: El peso del líquido desplazado por un cuerpo que flota es exactamente igual al peso del propio cuerpo flotante.

Esta igualdad no es una mera coincidencia, sino la base misma de la flotación. Si el peso del líquido desplazado es menor que el peso del objeto, el objeto se hundirá. La fuerza ascendente proporcionada por el fluido no será suficiente para contrarrestar la fuerza de la gravedad que tira del objeto hacia abajo.

Por el contrario, si el peso del líquido desplazado es mayor que el peso del objeto, el objeto ascenderá hasta que la cantidad de líquido desplazado sea suficiente para igualar su peso. En este punto, el objeto encontrará un equilibrio y flotará.

Pensemos en un barco. A pesar de estar construido con materiales densos como el acero, el diseño del barco le permite desplazar una gran cantidad de agua. El peso de esa agua desplazada es igual al peso total del barco, incluyendo la carga y los pasajeros. Esta es la razón por la que un barco puede transportar toneladas de mercancías sin hundirse.

En el caso de un submarino, la situación es un poco más compleja. Los submarinos tienen tanques de lastre que pueden llenarse de agua para aumentar su peso y hundirse, o vaciarse de agua para disminuir su peso y ascender. Al controlar la cantidad de agua en los tanques de lastre, el submarino puede ajustar su peso para igualar el peso del agua desplazada y así mantener la flotabilidad neutra, permitiéndole permanecer a una profundidad constante.

Incluso un dirigible, lleno de un gas más ligero que el aire, como el helio, opera bajo el mismo principio. El dirigible está diseñado para desplazar un gran volumen de aire. El peso de ese aire desplazado es mayor que el peso del dirigible, incluyendo el gas, la estructura y la carga. Esta diferencia de peso genera una fuerza ascendente que permite al dirigible elevarse.

En resumen, la flotación es un delicado equilibrio entre el peso del objeto y el peso del fluido que desplaza. Entender esta relación fundamental nos permite apreciar la ingeniería y la física detrás de los barcos, submarinos y dirigibles, y nos revela un principio universal que gobierna el comportamiento de los objetos en fluidos. Es una danza de los pesos, donde la armonía entre el objeto y su entorno permite desafiar la gravedad y explorar nuevos horizontes.