Por qué los barcos flotan: secretos de la mecánica de fluidos en | ORBITECH

¿Por qué flotan los barcos si son de acero?

Un barco flota porque su peso total se equilibra con la fuerza de empuje del agua que desplaza.
Imagina que llevas una maleta llena de agua: ¡el agua te empuja hacia arriba!
La fuerza de empuje empuje depende del volumen de líquido desplazado, no del material del barco.
Un barco de acero tiene mucho aire dentro: ¡su densidad promedio es menor que la del agua!
Si el barco pesa más que el agua que desplaza, se hunde. Por eso los barcos tienen límites de carga.
En el Lago de Maracaibo, los 'peñeros' no pueden cargar más de lo permitido

Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje igual al peso del fluido desplazado. $E = ρ_{f l u i d o} \cdot g \cdot V_{d e s p l a z a d o}$
¡E = ρgV! Suena como 'Ese robo grave Ve' - fórmula de la suerte en los exámenes
Si el empuje es mayor que el peso del barco, flota. Si es menor, se hunde. $E > P \Rightarrow flota; E < P \Rightarrow se hunde$
Pesa menos el agua que desplazas que el barco entero
El volumen desplazado es igual al volumen de la parte sumergida del barco. $V_{d e s p l a z a d o} = V_{s u m e r g i d o}$
Un barco hundido hasta la mitad desplaza la mitad de su volumen

E = ρ_{f l u i d o} \cdot g \cdot V_{d e s p l a z a d o}

La densidad del agua dulce (Lago de Valencia) es menor que la del agua salada (Mar Caribe). $ρ_{a g u a d u l c e} \approx 1000 {kg/m}^{3}; ρ_{a g u a s a l a d a} \approx 1025 {kg/m}^{3}$
En el Lago de Maracaibo los barcos flotan un poco más que en el Orinoco
Un objeto flota si su densidad promedio es menor que la del fluido. $ρ_{o b j e t o} < ρ_{f l u i d o} \Rightarrow flota$
El hielo flota en el agua porque es menos denso
La densidad del acero es enorme ( $7850 {kg/m}^{3}$ ), pero los barcos tienen mucho aire dentro. $ρ_{a c e r o} = 7850 {kg/m}^{3}$
El aire dentro del barco baja su densidad promedio

ρ = \frac{m}{V}

La presión en un fluido aumenta con la profundidad: $P = ρ g h$ . $P = ρ g h$
A mayor profundidad, más presión: por eso los submarinos tienen cascos reforzados
La fuerza de empuje es la diferencia de presión entre la parte superior e inferior del objeto. $F_{e m p u j e} = (P_{i n f e r i o r} - P_{s u p e r i o r}) \cdot A$
La presión abajo es mayor que arriba: ¡por eso el agua empuja hacia arriba!
En el Salto Ángel (979 m), la presión en la base es enorme, pero no afecta la flotación de barcos.
La flotación depende del volumen desplazado, no de la profundidad absoluta

P = ρ g h

Un barco es estable si su centro de gravedad está por debajo del centro de flotación.
Imagina un vaso con agua: si lo inclinas, el agua se mueve y lo equilibra
El metacentro debe estar por encima del centro de gravedad para que el barco vuelva a su posición. $G M > 0 \Rightarrow estable$
GM = distancia entre metacentro y centro de gravedad
Los barcos venezolanos usan lastre (piedras o agua) para bajar su centro de gravedad.
Los 'peñeros' en el Orinoco llevan lastre para evitar vuelcos

G M = B M - B G

En el Lago de Maracaibo, los barcos transportan petróleo y pasajeros con seguridad gracias a la flotación.
El Puente sobre el Lago de Maracaibo soporta barcos de hasta 50 000 toneladas
En el Orinoco, los 'peñeros' flotan en agua dulce con menos densidad que el mar. $ρ_{O r i n o c o} \approx 998 {kg/m}^{3}$
En el Orinoco los barcos se hunden un poco más que en el Caribe
Los barcos de carga en Puerto Cabello deben calcular su empuje según la salinidad del agua.
Agua salada = más flotación, agua dulce = menos flotación

Confundir densidad con peso: un barco pesa mucho, pero su densidad promedio es baja.
Peso ≠ densidad: el barco pesa 1000 toneladas, pero su densidad es 0.5 g/cm³
Olvidar convertir unidades: siempre usa kg, m y s en las fórmulas.
1 tonelada = 1000 kg, 1 m³ = 1000 litros
No considerar la densidad del fluido: el agua salada y dulce dan empujes diferentes.
En el examen, pregunta si el fluido es agua dulce o salada
Calcular mal el volumen desplazado: recuerda que es el volumen sumergido, no el total del barco.
Si el barco está medio hundido, solo desplaza la mitad de su volumen

Empuje = densidad del fluido × gravedad × volumen desplazado. $E = ρ_{f l u i d o} \cdot g \cdot V_{d e s p l a z a d o}$
¡E = ρgV! Escríbelo en tu mano antes del examen
Densidad = masa / volumen. Si es menor que la del agua, ¡flota! $ρ = \frac{m}{V}$
Menos densidad = más flotación
Presión en profundidad = densidad × gravedad × altura. $P = ρ g h$
A mayor profundidad, más presión: ¡cuidado con los submarinos!

E = ρ_{f l u i d o} \cdot g \cdot V_{d e s p l a z a d o}

1687 Principio de Arquímedes: Descubierto por Arquímedes de Siracusa al sumergirse en su bañera y gritar ¡Eureka!
Puente sobre el Lago de Maracaibo (1968): Soporta barcos de hasta 50 000 toneladas gracias a los principios de flotación
Densidad del agua dulce en Venezuela: En el Lago de Valencia: ~1000 kg/m³. En el Orinoco: ~998 kg/m³
Densidad del agua salada en el Caribe: ~1025 kg/m³, lo que permite mayor flotación que en agua dulce
Peso máximo típico de un barco de carga en Venezuela: Los 'peñeros' en el Orinoco suelen cargar entre 5 y 20 toneladas