¿Por qué los barcos flotan en el agua?

Imaginemos el barco como un gigante hueco que abraza el agua. Al sumergirse, desplaza una cierta cantidad de líquido, creando una cavidad a su alrededor. El agua, en respuesta, ejerce una fuerza ascendente sobre el barco, empujándolo hacia arriba, que es conocida como empuje hidrostático y que es exactamente igual al peso del agua desplazada.

Si el peso del barco es menor que el peso del agua que desplaza, la fuerza de empuje lo supera, haciendo que el barco flote. En cambio, si el peso del barco es mayor, la fuerza de la gravedad lo vence, y se hunde en las profundidades.

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El principio de flotabilidad fue descubierto por Arquímedes y ha sido la base para el diseño de barcos desde la más remota antigüedad. Los constructores navales han creado embarcaciones que optimizan el desplazamiento del agua.

De alguna forma, la imagen de un barco flotando es más que un simple fenómeno físico. Es un símbolo de la creatividad humana, es un constructo de nuestra capacidad para comprender las leyes de la naturaleza y utilizarlas para nuestro beneficio.

La metahistoria que explica cómo Arquímedes desarrolló el principio de la flotabilidad es verdaderamente extraordinaria y no deja de sorprendernos a día de hoy. Se cuenta que el sabio griego vivía en la antigua Siracusa y que cierto día el rey Hierón II le convocó con un problema verdaderamente acuciante.

El soberano sospechaba que el orfebre que le había diseñado una corona de oro había utilizado plata en su elaboración, sin que él lo supiera. Hierón quería que Arquímedes determinara si la corona era pura o bien contenía metales menos valiosos pero, claro está, sin necesidad de destruirla.

Arquímedes, intrigado por el desafío, se sumergió en un profundo pensamiento. Se cuenta que mientras paseaba por los jardines del palacio observó cómo una rama de un árbol se hundía en el agua al ser sumergida, desplazando una cantidad de líquido equivalente a su volumen. Fue entonces cuando una chispa de inspiración iluminó su mente.

La clave para resolver el problema del rey estaba precisamente ahí, en la flotabilidad. Si la corona era pura, desplazaría una cantidad de agua equivalente a su volumen en oro. Si, por el contrario, contenía plata, desplazaría menos agua, ya que la plata es menos densa que el oro.

Para probar su teoría, Arquímedes llenó una bañera hasta el borde con agua y la colocó sobre una báscula. Luego, tomó dos recipientes idénticos, uno lleno de agua hasta el borde y otro vacío. Sumergió la corona en el recipiente lleno de agua y recolectó el agua desplazada en el recipiente vacío.

Con cuidado, midió el peso del agua desplazada por la corona. Luego, pesó la corona y el oro equivalente al volumen de agua desplazada. Si los pesos coincidían, la corona era pura. Si el peso de la corona era menor que el del oro, la diferencia indicaría la cantidad de plata utilizada.

Arquímedes llevó sus resultados al rey Hierón. Con gran expectación, el rey observó cómo Arquímedes comparaba los pesos. La tensión era palpable. Finalmente, Arquímedes anunció: «¡La corona no es pura! Se ha utilizado plata en su elaboración».