Flotación de barcos
Objetivo
Descubrir que la aplicación práctica más importante del principio de Arquímedes es la navegación.
Entender que la flotación también depende de la densidad de lo que se sumerge.
Comprobar que diseños de barcos son los mejores para transportar cargas con seguridad.
Introducción

En un barco intervienen fundamentalmente dos fuerzas: su peso, cuyo punto de aplicación es el centro de gravedad G del barco, y el empuje que recibe, cuyo punto de aplicación es el centro de empuje C. Cuando el barco está en equilibrio, ambas fuerzas están en la misma recta de acción, tienen la misma intensidad y sentidos contrarios. Ahora bien, en los barcos es muy importante un punto llamado metacentro, M, que es la intersección de la vertical que pasa por el centro de empuje y el eje de simetría del barco que pasa por G.

El barco al ser impulsado por la ola, se desvía de su posición de equilibrio. En estas condiciones, si el centro de gravedad esta por debajo del metacentro, aunque esté por encima del centro de empuje, el equilibrio del barco será estable, pues cuando el eje del buque se desplaza de su posición vertical, aparece un par de rotación que tiende a llevar al barco a su posición estable. Por el contrario, si el barco se inclina demasiado, el centro de gravedad queda por encima del metacentro, el equilibrio es inestable; el par de fuerzas que se origina haría volcar el barco. Si el metacentro y el centro de gravedad coinciden, el equilibrio es indiferente.

Materiales
Productos
  • Plastilina
  • Pequeños objetos: clips, canicas, piedrecitas, …
  • Recipiente hondo.
  • Bandejas de papel de aluminio.
  • Cartón.
  • Agua.
Realización práctica

a) Limite de flotación.

  • 1.- Da a la plastilina la forma de un barco.
  • 2.- En un recipiente con agua, sumerge el barco; hazle en el flanco una muesca a la altura del nivel del agua.
  • 3.- Mete poco a poco los objetos en la barca y observa si el nivel de agua rebasa la muesca.


 
Chorro de agua desviado por un globo cargado

b) Reparto de carga.

  • 1.- Coloca una bandeja de papel de aluminio en agua.
  • 2.- Añade, de una en una, algunas de las canicas, que harán las veces de carga. Las canicas rodarán hasta que se agrupen en un extremo y vuelquen la embarcación.
  • 3.- Divide el interior con tiras de cartón y coloca las canicas en cada compartimento.
  • 4.- Une con cinta adhesiva dos bandejas de papel y equilibra de nuevo la carga
Precauciones
 
Explicación científica
La forma amplia y plana del barco desaloja más agua que la bola compacta del mismo material. El interior del barco está lleno de aire. Juntos el barco y el aire de su interior son más ligeros que el agua que desalojan por lo que el barco flota.
Cuanto más se llena la barca, más se sumerge en el agua. La barca es cóncava y contiene aire. Cuando se la llena de objetos aún manteniendo las mismas dimensiones, pesa más, es decir tiene una densidad mayor (la densidad es la relación entre la masa y el volumen). Mientras el agua desalojada tiene un peso mayor que la bañera, asta última permanece a flote, aunque se sumerja cada vez más; cuando el peso de la bañera supera al agua desalojada, la bañera se hunde.
Los grandes buques contenedores están divididos de forma similar para estabilizar y equilibrar la carga.
El último caso, corresponde al diseño de un catamarán, que es muy estable y no vuelca con facilidad.
 
Aguja flotando
 
Curiosidades y otras cosas
La primera forma de transporte que consiguió avanzar por sus propios medios fue la navegación. En los tiempos prehistóricos, es probable que sus habitantes consiguiesen desplazarse gracias a los troncos de los árboles que flotaban a la deriva. La navegación nacida del aprovechamiento de las corrientes marinas probablemente hizo posible atravesar los océanos al hombre, mucho antes de que la historia lo pudiera registrar.
El primer barco con casco que se ha descubierto data de 8000 años a. C. Eran canoas hechas con troncos de árboles impulsadas a través del agua con remos.
Aunque el principio de Arquímedes demostraba que un barco de hierro podía flotar, nadie lo creía totalmente, y todos los barcos y los buques se siguieron haciendo de madera hasta hace dos siglos. El desarrollo de los barcos de estructura metálica coincidió con la aparición de la máquina de vapor, y los potentes motores que impulsan las hélices de estos barcos.
Línea de carga máxima: la carga de un buque está regulada por marcas en el costado del casco. Estas líneas (marcas) indican los límites de la carga en diferentes mares y en distintas estaciones del año. A medida que se va cargando, el barco se hunde paulatinamente en el agua. Por razones de seguridad, el barco no debe cargarse más allá de lo que indica la línea, es decir, la marca no debe quedar por debajo del agua.
Los diferentes niveles están en relación con la densidad del agua y con el solevantamiento que produce. El agua salada es más densa que el agua dulce, y en mares fríos la densidad del agua es mayor que en los templados o cálidos.
Aguja flotando
Bibliografía
  • Borrar.

Volver a la página de experiencias de Física