Flotabilidad para niños
La flotabilidad es la capacidad de un objeto para mantenerse dentro de un fluido, ya sea un líquido o un gas. Imagina que es una fuerza que empuja hacia arriba a un objeto que está parcial o totalmente sumergido en ese fluido. Esta fuerza se opone al peso del objeto.
Piensa en una piscina: cuanto más profundo vas, más presión sientes. Esto se debe a que el agua de arriba está empujando hacia abajo. De la misma manera, la presión en la parte de abajo de un objeto sumergido es mayor que en la parte de arriba. Esta diferencia de presión crea una fuerza que empuja el objeto hacia arriba. La fuerza de flotación es igual al peso del fluido que el objeto mueve de su lugar (lo que se llama fluido "desplazado").
Por eso, si un objeto es más denso (más "pesado" para su tamaño) que el fluido, se hundirá. Pero si es menos denso, la fuerza de flotación puede mantenerlo a flote. La flotabilidad también explica por qué el aire caliente sube o por qué el aceite flota sobre el agua.
El centro de flotación de un objeto es como el punto central del volumen de fluido que el objeto desplaza.
Contenido
Flotabilidad: ¿Por qué flotan las cosas?
¿Qué es la flotabilidad?
La flotabilidad es la fuerza que un fluido ejerce hacia arriba sobre un objeto sumergido en él. Esta fuerza es la que permite que los barcos floten o que los globos se eleven en el aire. Es una parte fundamental de cómo interactúan los objetos con los líquidos y los gases.
La presión y la flotabilidad
La presión en un fluido aumenta a medida que te sumerges más. Esto significa que la parte inferior de un objeto sumergido experimenta más presión que su parte superior. Esta diferencia de presión crea una fuerza neta que empuja el objeto hacia arriba. Esta fuerza ascendente es lo que conocemos como flotabilidad.
El Principio de Arquímedes: La clave de la flotabilidad
El Principio de Arquímedes fue descubierto por el científico griego Arquímedes de Siracusa hace muchísimos años, alrededor del 212 a.C. Este principio es la base para entender la flotabilidad.
¿Cómo funciona el Principio de Arquímedes?
El Principio de Arquímedes dice que: «Cualquier objeto, total o parcialmente sumergido en un fluido, es empujado hacia arriba por una fuerza igual al peso del fluido que el objeto desplaza.»
En palabras más sencillas: la fuerza que empuja un objeto hacia arriba (la flotabilidad) es exactamente igual al peso del líquido o gas que el objeto "quita" de su lugar.
- Si un objeto se hunde, el volumen de fluido desplazado es igual al volumen total del objeto.
- Si un objeto flota, el peso del fluido desplazado es igual al peso del objeto.
Por ejemplo, si una roca pesa 10 newtons en el aire y, al sumergirla en agua, desplaza 3 newtons de agua, entonces la fuerza de flotación es de 3 newtons. El peso aparente de la roca en el agua será de 10 - 3 = 7 newtons. Por eso, es más fácil levantar un objeto pesado bajo el agua que fuera de ella.
Densidad: ¿Por qué algunos objetos flotan y otros se hunden?
La densidad es clave para entender la flotabilidad. La densidad de un objeto es cuánto "material" tiene en un espacio determinado.
- Si un objeto tiene una densidad promedio menor que la del fluido en el que está, flotará. Por ejemplo, un barco de acero flota porque, aunque el acero es denso, el barco encierra mucho aire, lo que hace que su densidad promedio sea menor que la del agua.
- Si un objeto tiene una densidad promedio mayor que la del fluido, se hundirá.
- Si un objeto tiene exactamente la misma densidad que el fluido, se quedará suspendido, sin subir ni bajar.
Tipos de flotabilidad
La flotabilidad de un objeto en un fluido puede ser de tres tipos, dependiendo de cómo se relacionan las fuerzas que actúan sobre él:
Flotabilidad positiva
Ocurre cuando la fuerza de flotación es mayor que el peso del objeto. En este caso, el objeto tiende a subir o flotar en la superficie del fluido. Un globo de helio o un barco son ejemplos de flotabilidad positiva.
Flotabilidad negativa
Sucede cuando el peso del objeto es mayor que la fuerza de flotación. El objeto tiende a hundirse en el fluido. Una piedra lanzada al agua tiene flotabilidad negativa.
Flotabilidad neutra
Se da cuando la fuerza de flotación es igual al peso del objeto. El objeto se mantiene suspendido en el fluido, sin subir ni bajar. Un submarino puede lograr flotabilidad neutra para moverse bajo el agua a una profundidad constante.
Ejemplos de flotabilidad en acción
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Los gases calientes de una chimenea suben porque son menos densos que el aire frío de alrededor.
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El humo de una hoguera de hojas húmedas puede no subir mucho si es pesado y frío.
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Durante una inundación, este edificio flotó hasta 70 centímetros debido al agua subterránea.
- Los globos de aire caliente y los dirigibles se elevan porque el aire caliente o el gas dentro de ellos es menos denso que el aire frío de fuera.
- Los submarinos controlan su flotabilidad llenando o vaciando tanques de agua.
- Los buzos usan chalecos especiales (compensadores de flotabilidad) que pueden inflar o desinflar para controlar si suben, bajan o se mantienen a una profundidad.
- En la cocina, cuando cocinas spätzle o albóndigas, suben a la superficie cuando están cocidos. Esto ocurre porque el aire atrapado dentro se calienta, se expande y hace que el alimento sea menos denso.
- Las burbujas de CO2 en las bebidas con gas suben debido a la flotabilidad.
- Los edificios con sótanos pueden correr el riesgo de flotar si el nivel del agua subterránea sube mucho, ya que el agua puede empujar el sótano hacia arriba.
Aplicaciones de la flotabilidad
Entender y calcular la flotabilidad es muy importante en muchas áreas:
- En el diseño de barcos y submarinos, para asegurar que floten o puedan sumergirse de forma segura.
- En el diseño de globos y zepelines, para que puedan volar y ser controlados en el aire.
- En deportes acuáticos como el buceo, donde los buzos necesitan controlar su flotabilidad para moverse bajo el agua.
Véase también
En inglés: Buoyancy Facts for Kids
