sábado, 12 de marzo de 2016

Flotabilidad


Un egipcio de la época de los faraones o un persa contemporáneo de Ciro aseguraría que un trozo de hierro se hunde en el agua, ¿cómo explicar entonces, sin recurrir a la magia, que un superpetrolero de cientos de miles de toneladas flote? También habrían observado –ambos antepasados- que un esclavo arrojado al vacío desde una montaña se estrella contra el suelo; de nuevo les parecería imposible que un aventurero diera la vuelta al mundo en globo, flotando en el aire, sin pisar tierra. “Toda tecnología lo suficientemente avanzada es indistinguible de la magia” escribió Arthur Clarke y no le faltaba razón.

Un mismo principio físico es la causa de que un barco flote en el agua o un globo lo haga en el aire. Lo descubrió Arquímedes de Siracusa, en el siglo tercero antes de la era cristiana: cualquier cuerpo sumergido en aire o agua, experimenta un empuje hacia arriba; y la fuerza vertical ascendente tendrá el mismo valor que el peso de un volumen de aire o agua exactamente igual al volumen del cuerpo en cuestión. En resumen, cuanto más voluminoso sea el objeto mayor será el empuje hacia arriba; por lo que, si construimos un objeto hueco, el empuje que contrarresta al peso sería mayor y el objeto podría flotar en el agua (o en el aire). La fuerza de Arquímedes nos la podemos aplicar a nosotros: flotamos en el mar cuando la densidad del agua es superior a la nuestra (en mares muy salados), debido a que el empuje hacia arriba contrarresta nuestro peso. El astuto lector ya habrá deducido que un astronauta pesa más en el vacío que en el aire.

Averiguo, con un sencillo cálculo, que un globo de un metro cúbico lleno de helio (el gas más ligero, después del inflamable hidrógeno) es capaz de transportar un objeto de un kilo. Joseph-Michel Montgolfier y Jacques-Étienne Montgolfier suplieron con ingenio la falta de gases ligeros: ¿por qué no aprovecharse del ascenso del aire caliente de una hoguera? Construyeron un enorme globo de once metros de diámetro, al que colgaron un peso de algo más de doscientos kilos, y lo llenaron de aire caliente. En 1783 mostraron al público francés su invento: el globo, cuyo vuelo apenas duró diez minutos, ascendió a casi dos kilómetros de altura. Vencido el estupor inicial, meses más tarde, dos aventureros pilotaron el primer vuelo tripulado: recorrieron nueve kilómetros a cien metros sobre el suelo de París. La Luna, los planetas y las estrellas ya estaban más cerca.

6 comentarios:

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

1º Para la sustentación de un dirigible sólo el helio, el neón y el vapor de agua son gases más ligeros que el aire que ni son tóxicos ni inflamables.

2º Los dirigibles quizá pudieran usarse en la actualidad -he leído que está en marcha algún proyecto- para el transporte a largas distancias de cargas muy pesadas.

Saludos cordiales de Epi

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

1º Para que un objeto de hierro, o sea, un barco, flote debe ser hueco; si el objeto es compacto, un clavo, por ejemplo se va para el fondo. Estos puede hacerse con números, sin mayor problema, y son cálculos que hacen los ingenieros navales para diseñar los cascos de los diferentes buques.

2º Un asunto diferente es predecir si un objeto sólido flota o no, depende de que su densidad sea mayor o menor que la del agua.

Saludos

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

La densidad del dióxido de carbono es mayor que la del aire; por eso un globo hinchado con este gas no flotará en el aire, sino caerá al suelo.

En cambio el monóxido de carbono es menos denso que el aire, pero ten cuidado con este gas es muy venenoso.

Saludos

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

Efectivamente el mortífero gas cianuro de hidrógeno, o ácido cianhídrico, el gas que se usó para los condenados a pena de muerte, también es menos pesado que el aire.

No, el dióxido de carbono no es venenoso; que haya más o menos dióxido de carbono en el ambiente doméstico no supone peligro (se puede duplicar la concentración atmosférica sin que afecte a la salud).

Saludos

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

Los submarinos americanos de clase Ohio, de 18750 Tm, tienen unas dimensiones de 171x13x11. Unos simples cálculos te permiten comprobar que la fuerza de empuje hacia arriba de Arquímedes es similar a su peso. Resultado lógico pues alterando ligeramente el peso del submarino, bombeando más o menos agua del exterior, puede ascender o sumergirse.

En cambio en los submarinos rusos de clase Typoon, de 48000 Tm, y dimensiones 175x23x12. El cálculo te permite pronosticar que, de ser ciertos los datos, la fuerza ascendente de Arquímedes es muy inferior al peso; por tanto el submarino no flota, se hunde.

Saludos

C. Armesto dijo...

Estimado amigo

Corrijo. La densidad del cuerpo humano es 1010 kg/m3, menor que la densidad del agua marina 1020 y mayor que la densidad del agua de un río 1000. Por tanto, puedes flotar en el mar y hundirte en el río.

Saludos