La ciencia de la densidad y la flotabilidad determina si los objetos se hundirán o flotarán en el agua. Si la densidad de un objeto es mayor que el agua, se hundirá. Por el contrario, si la densidad de un objeto es menor que el agua, flotará. En el caso del caucho, flota porque su densidad es mucho menor que la del agua.
Densidad
La densidad es una medida de cuánta masa posee un objeto para un volumen dado. La masa se mide típicamente en gramos y el volumen en centímetros cúbicos. Cuanto más denso sea un objeto, más pesará. Por ejemplo, si el objeto A tiene una densidad de 10 y el objeto B tiene una densidad de 100; El objeto B pesará 10 veces más que el objeto A.
Flotabilidad
El principio de Arquímedes declara que la fuerza de flotación sobre un objeto sumergido es igual al peso del fluido desplazado por el objeto. Dicho de otra manera, si la masa del objeto es menor que la masa del agua, para el volumen dado, el objeto será empujado hacia arriba a la superficie por la fuerza de flotación. Si la masa del objeto es mayor que la masa del agua, para el volumen dado, el objeto se hundirá porque la fuerza de flotación no es lo suficientemente fuerte para sostener el objeto.
Relación de la densidad con la flotabilidad
La flotabilidad depende de dos factores: masa y volumen. Estos son los mismos dos factores que determinan la densidad de un objeto. Para comparar las masas relativas de un objeto y el agua, la cuestión del volumen debe eliminarse de la ecuación. Esto se logra comparando la densidad del objeto con la densidad del agua. Se supone que la densidad del agua, aunque varía ligeramente según la temperatura, es de 1 gramo por centímetro cúbico. Al comparar esta densidad con la densidad de cualquier otro objeto, se puede determinar si la densidad relativa del objeto es mayor o menor que la del agua. Si es más alto, se hundirá, y si es más bajo, flotará.
Caucho en agua
La densidad del caucho blando es de 0,11 gramos por centímetro cúbico. Si tuvieras un cubo de goma con lados iguales a 10 centímetros, su volumen sería de 1000 centímetros cúbicos. La masa de este cubo de goma sería igual a su densidad multiplicada por 1000, o 110 gramos. Si este cubo de goma se colocara en agua, desplazaría 1.000 centímetros cúbicos de agua. La masa del agua desplazada sería igual a su densidad multiplicada por 1000 o 1000 gramos. El principio de Arquímedes establece que la goma flotaría porque la fuerza de flotación del agua, equivalente a 1.000 gramos, sería mayor que el peso del cubo de goma, 110 gramos. Si bien esto demuestra las matemáticas detrás de la flotabilidad del caucho, todo lo que realmente se requiere es simplemente comparar su densidad con la del agua, ya que esto elimina el volumen por completo de la ecuación. Debido a que la densidad del caucho es menor que la del agua, usted sabe que flotará, sin importar cuánto caucho sumerja.