Todos hemos observado que algunos objetos flotan en el agua y otros se hunden. ¿Qué determina esta diferencia? ¿Tiene que ver con el peso, el tamaño o la forma de los objetos? La respuesta está en la física de la flotabilidad y el principio de Arquímedes.
La flotabilidad es la fuerza ascendente que ejerce un fluido sobre un objeto sumergido o parcialmente sumergido en él. Esta fuerza depende del peso del fluido desplazado por el objeto, es decir, el volumen de fluido que ocupa el espacio del objeto. El principio de Arquímedes establece que la fuerza de flotación es igual al peso del fluido desplazado.
Entonces, para saber si un objeto flota o se hunde, debemos comparar su peso con el peso del fluido desplazado. Si el peso del objeto es menor que el peso del fluido desplazado, el objeto flota. Si el peso del objeto es mayor que el peso del fluido desplazado, el objeto se hunde. Si el peso del objeto es igual al peso del fluido desplazado, el objeto permanece en equilibrio.
Ahora bien, ¿qué determina el peso del fluido desplazado? Pues la densidad del fluido y el volumen del objeto. La densidad es la masa por unidad de volumen de una sustancia. El agua tiene una densidad de 1 g/cm3 a 4 °C. Esto significa que 1 cm3 de agua pesa 1 g. El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo. Un cubo de 10 cm de lado tiene un volumen de 1000 cm3.
Así, podemos calcular el peso del fluido desplazado por un objeto multiplicando la densidad del fluido por el volumen del objeto. Por ejemplo, si sumergimos un cubo de 10 cm de lado en agua, desplaza 1000 cm3 de agua, que pesan 1000 g. Si el cubo pesa menos de 1000 g, flota. Si pesa más de 1000 g, se hunde.
Pero ¿qué pasa si el objeto tiene una forma irregular o hueca? En ese caso, debemos considerar su volumen aparente, es decir, el volumen del espacio que ocupa en el fluido. Por ejemplo, un barco tiene una forma curva y hueca que le permite contener aire en su interior. El aire tiene una densidad muy baja (0.0012 g/cm3 a 20 °C) y ocupa mucho espacio. Esto hace que el volumen aparente del barco sea muy grande y que desplace mucha agua.
Así, aunque un barco pese más que una piedra, puede flotar si su volumen aparente es suficiente para desplazar una cantidad de agua que pese más que él. Por el contrario, una piedra tiene una forma compacta y sólida que le da un volumen aparente pequeño y que desplaza poca agua. Así, aunque una piedra pese menos que un barco, se hunde si su volumen aparente es insuficiente para desplazar una cantidad de agua que pese más que ella.
En conclusión, la flotabilidad de un objeto depende de su peso y del peso del fluido desplazado por él. Este último depende de la densidad del fluido y del volumen aparente del objeto. Así, podemos explicar por qué una piedra no flota y sí un barco que pesa más.