El milagro de Arquímedes: los barcos que flotan

El Principio de Arquímedes permitió a los navegantes colocar una barca encima del agua para poder transportarse a lugares distantes y cortar distancias entre pueblos costeros, al mismo tiempo acrecentar el comercio de diversos valores. Fue precisamente la tenacidad y audacia de los seres humanos que han habitado y participado de la historia del mundo, quienes decidieron que esas embarcaciones podrían crecer, ser buques de transporte, herramientas de conquista en las guerras y elementos de observación oceanográfica para adentrarse en el maravilloso espacio acuático.

Aplicando el Principio de Arquímedes en la ingeniería de barcos, se puede afirmar que el aire que ocupa el casco del barco pesa menos que el volumen de agua que ocuparía, aunque el fuselaje del barco sea de madera o de acero. En consecuencia, la densidad, y por lo tanto el peso, de esa masa de agua, es superior a la del barco. De esta forma se obtiene una premisa fundamental sobre la flotabilidad de cualquier embarcación.

Sobre la base de lo anteriormente expuesto, se puede decir que el Principio de Arquímedes es la llave de la navegación moderna y contemporánea. Del mismo modo, los submarinos se encuentran fuertemente condicionados por este precepto. El submarino se mantiene en superficie por medio del aire que existe en los lastres, los cuales son una especie de tanques que rodean al casco resistente y están en comunicación con el mar por su parte inferior. Al recibir la orden de "¡Inmersión!", desde el interior se abren las ventilaciones o tapones, permitiendo salir el aire y entrar el agua por la parte inferior, llenándose de agua, lo que hace que se sumerja el submarino, pasando a tener un peso igual al desplazamiento de agua. El submarino para aumentar o disminuir su profundidad no precisa meter ni sacar agua, basta con tomar inclinación a bajar o subir.

Se observa que en inmersión se navega con las ventilaciones de los lastres cerradas. Al recibir la orden de "¡Superficie!" desde el interior del submarino se soplan los lastres con aire comprimido, desalojando al agua por la parte inferior y restableciendo la flotabilidad.

La llave de Arquímedes se extiende también a la naturaleza, en concreto hacia la flotabilidad de los icebergs. En estado de congelación, las moléculas del agua se estructuran de una forma compacta, de tal forma que cada una está rodeada de otras cuatro moléculas entrando en juego el enlace de hidrógeno. Cuando el hielo se licua, la energía vibratoria de las moléculas rompe parte de esta ordenación estructural permitiendo que algunas moléculas estén más apelmazadas, y tengan por tanto una densidad mayor. La consecuencia de esto es que, a diferencia del resto de sustancias, el agua congelada, que es más ligera, no se hunde por completo en el agua líquida sino que una parte queda flotando por encima del agua, permaneciendo sumergido el resto tal como se puede observar en los icebergs.

En término medio, el volumen de iceberg sumergido vale exactamente el 92% del volumen total, quedando en la superficie un 8% del volumen restante que es el que ven los barcos cuando divisan un iceberg.

La consecuencia de este fenómeno es de vital importancia para la vida en nuestro planeta. Si el agua se comportase como una sustancia más, cuando llegase el frío invierno la superficie de lagos y mares sería la primera en enfriarse, y al aumentar por tanto su densidad, descendería más y más desplazando el agua más caliente hacia arriba para que también se fuese enfriando, de tal forma que finalmente todo el agua congelaría cuando alcanzase los 0º C, convirtiéndose en un gran bloque compacto de hielo. La profundidad de este bloque, unido a la propia capacidad aislante del hielo, provocaría que no fuese suficiente el calor de las estaciones más cálidas para derretir una masa de hielo tan profunda y únicamente lo haría una fina capa superficial que aislaría al resto.

La llave de Arquímedes también tiene validez en el mundo de la aerostática. Desde un punto de vista mecánico, la diferencia fundamental entre líquidos y gases consiste en que estos últimos pueden ser comprimidos. Su volumen, por tanto, no es constante y consiguientemente tampoco lo es su densidad. Teniendo en cuenta el papel fundamental de esta magnitud física en la estática de fluidos, se comprende que el equilibrio de los gases haya de considerarse separadamente del de los líquidos.

El Principio de Arquímedes conserva su validez para los gases y es el responsable del empuje aerostático, fundamento de la elevación de los globos y aeróstatos. Sin embargo, y debido a la menor densidad de los gases, en iguales condiciones de volumen del cuerpo sumergido, el empuje aerostático es considerablemente menor que el hidrostático.

En resumen, lo que una vez un hombre sabio e inteligente descubrió como fruto de una casualidad y lo expresó en un principio fundamental, es en esta sociedad moderna una de las llaves más importantes de la puerta que conduce al progreso actual. A mi juicio, el Principio de Arquímedes ha sido, es y será una ley invariable e inmutable frente al vertiginoso paso del tiempo.


Fuentes relacionadas en este blog

Breve biografía de Arquímedes.
El principio de Arquímedes. Eureka.
[VIDEO] La verdadera historia detrás del Eureka.