Todos los líquidos son fluidos, pero, curiosamente, no todos los fluidos son líquidos. Todo lo que pueda fluir, como un gas, es un fluido y puede crear una fuerza de flotación. La flotabilidad se produce cuando las áreas de mayor presión debajo de un objeto ejercen fuerza hacia arriba hacia las áreas de menor presión. La cantidad de fuerza de flotación que ejerce un fluido, sin embargo, está determinada por el volumen del objeto y de acuerdo con el principio de Arquímedes.
Pascal y presión
Antes de que pueda comprender cómo las diferencias en la presión de los fluidos pueden afectar la flotabilidad, primero debe comprender cómo se comporta la presión en los fluidos. El principio de Pascal establece que cuando la presión cambia en cualquier lugar dentro de un sistema cerrado, ese cambio de presión se sentirá igualmente en todos los puntos dentro de ese sistema y en todas las direcciones. Este principio es el que permite el funcionamiento de los sistemas hidráulicos. También dicta que dentro de un cuerpo de líquido donde no hay factores adicionales que afecten la presión, la presión se mantendrá constante y uniforme. En la Tierra, sin embargo, suele haber al menos otra fuerza que provoca una variación en la presión de un fluido, y esa fuerza es la gravedad.
Profundidad y diferencia
La gravedad tira hacia abajo de todo lo que tiene masa. Por lo tanto, cuando la gravedad empuja hacia abajo un cuerpo de líquido, el peso del líquido en las partes superiores del cuerpo amontonarse sobre el fluido en las partes inferiores, creando un grado de presión creciente a medida que se mueve hacia abajo dentro de ese líquido. Por ejemplo, si te sumerges profundamente en un lago, sentirás una presión cada vez mayor en tus oídos, y quizás incluso contra tu cuerpo, cuanto más profundo te sumerjas. Si deja de nadar hacia abajo, la presión más alta debajo de usted lo empujará hacia el área de menor presión. De esta manera, la gravedad ha creado una dinámica de presión que dicta que siempre habrá mayor presión debajo de un objeto sumergido que encima de él.
Arquímedes y cantidad
El filósofo y matemático griego Arquímedes llevó esta comprensión de la presión un paso más allá y le dio sentido. de por qué un fluido aplica una cierta cantidad de fuerza hacia arriba a un objeto y hace que se eleve y flote o le permita lavabo. Determinó que la fuerza hacia arriba era igual al peso del agua desplazada por el objeto sumergido. Por ejemplo, el agua pesa un gramo por centímetro cúbico. Si sumerges una bola con un volumen de 25 centímetros cúbicos, habrás desplazado 25 gramos de agua. Por lo tanto, la fuerza de flotación resultante sobre esa bola será de 25 Newtons (Newtons son unidades que miden la fuerza). Sin embargo, esta fuerza de flotación siempre se basa en la masa del agua desplazada y no en la masa del objeto.
La densidad como determinante
La densidad es, en última instancia, el factor que determina si un objeto flotará, se hundirá o permanecerá flotando de forma neutra en un fluido. Por ejemplo, si esa bola de 25 centímetros cúbicos es hueca y está llena de aire, será más liviana que los 25 gramos de agua que ha desplazado y flotará. Si la bola está hecha de un material más denso, como el hierro, podría ser mucho más pesada y hundirse rápidamente hasta el fondo de la masa de agua. Sin embargo, si sumerge una bola que pesa exactamente 25 gramos, la fuerza de flotación no la llevará a la superficie, sino que simplemente evitará que se hunda. Esta bola permanecerá flotante neutralmente en el cuerpo del fluido hasta que actúe sobre ella una fuerza externa.