¿Por qué flotan los barcos y se hunden las piedras? Experimentos

1. Preparación — Llena un recipiente grande con agua del grifo. Usa un vaso transparente si no tienes un recipiente grande.
2. Prueba de objetos — Coloca cada objeto uno por uno en el agua. Observa si flota o se hunde. Anota tus observaciones en una tabla.
3. Clasificación — Agrupa los objetos que flotaron y los que se hundieron. Compara tus resultados con tus predicciones iniciales.

→ Los objetos que flotan son: corcho, hoja de mango y pedacito de plástico. La piedra se hunde.

1. Comparar tamaños — Observa que la piedra es pequeña y compacta, mientras que el corcho es grande y esponjoso aunque pese menos.
2. Empuje del agua — El agua empuja hacia arriba todos los objetos que están dentro de ella. A este empuje le llamamos fuerza de flotación.
3. Densidad intuitiva — Cuando un objeto es grande para su peso (como el corcho), el agua puede empujarlo más fácilmente y por eso flota. La piedra es pequeña para su peso y el agua no puede empujarla suficiente.

→ El corcho flota porque es grande para su peso y el agua puede empujarlo hacia arriba con facilidad. La piedra es pequeña para su peso y el agua no puede sostenerla.

1. Forma de bola — Aplasta el papel aluminio en una bola apretada y pon la piedrita encima. ¿Qué pasa?
2. Forma de barco — Abre el aluminio para que quede como un pequeño barco y coloca la piedrita dentro. Ponlo en agua. ¿Qué observas?
3. Comparación — El barco de aluminio flota porque su forma permite que el agua lo empuje desde abajo, mientras que la bola se hunde porque no deja espacio para que el agua la empuje.

→ El barco de aluminio en forma de barco flota con la piedra dentro. La bola de aluminio con la piedra se hunde.

1. Peso en aire — Luis pesa ambos objetos en el aire. La pelota de ping-pong pesa 2 gramos y la bolita de metal pesa 15 gramos.
2. Prueba en agua — Cuando los pone en el agua, la pelota de ping-pong flota porque desplaza suficiente agua para que el empuje sea mayor que su peso. La bolita de metal se hunde porque su peso es mayor que el empuje del agua.
3. Conclusión — Aunque ambos objetos tienen el mismo tamaño, la bolita de metal es mucho más pesada. Por eso el agua no puede empujarla lo suficiente para que flote.

→ La bolita de metal se hunde porque es más densa que el agua del río Chama. La pelota de ping-pong flota.

1. Densidad del agua — El agua salada de Araya tiene más sal disuelta, lo que la hace más densa que el agua dulce del río Tuy.
2. Empuje en agua salada — En el agua más densa, el empuje hacia arriba es mayor. Por eso el huevo flota en el agua de Araya pero se hunde en el agua dulce.
   $$\text{Empuje}={\rho }_{\text{agua}}\cdot V_{\text{desplazado}}\cdot g$$
3. Conclusión práctica — Esto explica por qué en el mar (agua salada) es más fácil flotar que en una piscina de agua dulce. ¡Por eso los barcos flotan mejor en el mar que en el lago de Valencia!

→ El huevo flota en el agua salada de Araya pero se hunde en el agua dulce del río Tuy.

1. Materiales — La caja de madera está hecha de un material poroso con aire dentro, mientras que la caja de metal es completamente sólida.
2. Volumen desplazado — Cuando pones la caja de madera en el agua, parte de su volumen está ocupado por aire, lo que hace que desplace más agua y reciba un empuje mayor.
   $$V_{\text{desplazado}}=V_{\text{caja}}-V_{\text{aire en madera}}$$
3. Resultado — La caja de madera flota porque su densidad promedio (incluyendo el aire) es menor que la del agua. La caja de metal se hunde porque es más densa que el agua.
   $${\rho }_{\text{madera}}<{\rho }_{\text{agua}}<{\rho }_{\text{metal}}$$

→ La caja de madera flota en el río Carrao porque es menos densa que el agua, mientras que la caja de metal se hunde.

1. Estado inicial — El corcho flota solo, desplazando un volumen de agua igual a su peso (5 gramos de agua).
   $$V_{\text{desplazado inicial}}=\frac{m_{\text{corcho}}}{{\rho }_{\text{agua}}}$$
2. Añadir moneda — Cuando Valentina coloca la moneda sobre el corcho, el peso total aumenta a 15 gramos. Ahora el corcho debe desplazar más agua para equilibrar este nuevo peso.
   $$V_{\text{desplazado final}}=\frac{m_{\text{corcho}}+m_{\text{moneda}}}{{\rho }_{\text{agua}}}$$
3. Resultado — El nivel del agua en el vaso sube porque el corcho ahora desplaza más agua para compensar el peso adicional de la moneda.
   $$\mathrm{\Delta }V=V_{\text{final}}-V_{\text{inicial}}=\frac{15\text{ g}-5\text{ g}}{1\text{ g/mL}}=10\text{ mL}$$

$$\text{El nivel del agua sube }10\text{ mL}$$

→ El nivel del agua en el vaso sube porque el corcho debe desplazar más agua para sostener el peso adicional de la moneda.

1. Peso inicial del plátano — Don Ramón pesa el plátano en el aire: 150 gramos. Cuando lo pone en agua, flota porque desplaza suficiente agua para equilibrar su peso.
   $$m_{\text{plátano}}=150\text{ g}$$
2. Añadir piedras — Añade piedras de 20 gramos una por una. El plátano sigue flotando hasta que el peso total supera el empuje máximo que el agua puede dar.
   $$m_{\text{total}}=150\text{ g}+n\times 20\text{ g}$$
3. Límite de flotación — Cuando el peso total alcanza aproximadamente 200 gramos, el plátano se hunde porque el agua ya no puede empujarlo lo suficiente. Por lo tanto, puede llevar 2 piedras de 20 gramos (40 gramos adicionales).
   $$150\text{ g}+2\times 20\text{ g}=190\text{ g}<200\text{ g}$$

$$2$$

→ El barco de plátano puede llevar hasta 2 piedras de 20 gramos antes de hundirse.