Por qué flotan los barcos

Artículo extraído y adaptado de la web de la compañía aseguradora Gard. Puedes visitar el contenido original en este enlace.

La densidad

Empecemos por la densidad. La densidad es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Es decir, se define como el peso (masa) del cuerpo en kilogramos (kg) dividido por su volumen externo en metros cúbicos (m3). La fórmula para la densidad es: densidad = peso/volumen (kg/m3).

Algunos ejemplos de densidad para diferentes fluidos y materiales son:

  • Agua dulce: 1.000 kg/m3
  • Agua salada: aprox. 1.025 kg/m3
  • Determinados aceites: alrededor de 850 kg/m3
  • Acero: 8.000 kg/m3
  • Madera: alrededor de 700 kg/m3

De los ejemplos anteriores, sólo el aceite y la madera flotan en el agua. Esto se debe a que los fluidos y materiales que flotan en el agua tienen densidades que son menores que la densidad del agua. En otras palabras, la flotabilidad de un objeto está determinada por su densidad en relación con la densidad del líquido circundante.

Pero si miramos a los barcos, ¿cómo puede flotar un barco de acero, cuya densidad es ocho veces superior a la del agua?

El Principio de Arquímedes

Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de la masa del volumen del fluido que desaloja.

En el siglo III a.C., el matemático y filósofo griego Arquímedes descubrió el principio de la flotabilidad mientras se relajaba en su bañera. Cuando se sumergió en el agua notó que esta se derramaba por los lados y que se sentía más ligero. Arquímedes se dio cuenta de que la cantidad de agua que se derramaba era igual en volumen al espacio que ocupaba su cuerpo, y concluyó que un objeto en un fluido experimenta una fuerza ascendente igual al peso del fluido desplazado por el objeto.

Eureka

Debido a que la fuerza ascendente es igual al peso del fluido desplazado, un objeto debe desplazar un peso mayor de fluido que su propio peso para poder flotar. Esto significa que para que un objeto flote debe tener una densidad menor que el fluido. Si la densidad del objeto es mayor que la del líquido, se hundirá.

La densidad de los barcos

Aunque los barcos están hechos de materiales mucho más densos que el agua, la densidad de un barco en sí es su peso total (incluyendo su estructura, carga, provisiones o tripulación) dividido por el volumen externo del casco. Esto significa que el casco debe tener un volumen exterior lo suficientemente grande como para dar a todo el buque una densidad ligeramente inferior a la del agua en la que flota. Gran parte del interior de un barco es aire, por lo que la densidad media, teniendo en cuenta la combinación del acero, otros materiales y el aire, puede llegar a ser inferior a la densidad media del agua.

Cuando se rompe el casco de un barco, el agua se precipita al interior y reemplaza el aire en el casco del barco. Como resultado, la densidad total del barco aumenta y dependiendo de la cantidad de agua que se introduzca en el interior, el barco puede hundirse.

El francobordo

En el pasado, los barcos construidos y cargados en Europa a veces se hundían cuando llegaban a los trópicos por primera vez. Los buques se habían cargado en aguas frías y saladas, pero cuando al llegar a mares más cálidos y menos salados, se hundían. Esto se debía a que el principio de Arquímedes, descrito anteriormente, no se había tenido en cuenta. Cuando el barco se cargaba por primera vez, flotaba porque el agua fría y salada tiene una densidad más alta que el agua dulce, lo que significaba que había que desplazar menos agua para igualar la masa del barco. Una vez que el barco entraba en aguas más cálidas y menos saladas, había que desplazar más agua para mantener el equilibrio. El barco se hundiría un poco más, y si llegaba a bajar por debajo de alguna apertura en el casco, el agua podría introducirse en el mismo y acabar hundiéndolo completamente.

Este problema fue superado en la década de 1870 gracias a Samuel Plimsoll, quien impuso que los barcos se marcaran con lo que se conoció como el Disco Plimsoll, una marca situada en el centro del buque, que indica el calado de un barco y el límite hasta el que puede cargarse para determinados tipos de agua y temperaturas.

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El Convenio sobre la línea de carga de 1930 (actualmente sustituido por el Convenio sobre la línea de carga de 1966, en su versión modificada) estableció un margen de seguridad entre la cubierta y la línea de flotación. Este margen de seguridad se crea aumentando el volumen externo del casco para que la línea de cubierta se encuentre muy por encima de la línea de flotación. Este margen de seguridad se conoce como francobordo.

Fuente original: Why do ships float?- gard.no


Juan A Oliveira es el responsable de las Áreas de Ingeniería Naval Aplicada y Estructuras en CT Ingenieros. Desde 2013 edita y coordina el blog de temática naval vadebarcos.net. Puedes conectar con él a través de Twitter o LinkedIn.

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