¿Por qué flotan los barcos?

El primer concepto que debemos entender para responder a nuestra pregunta es el concepto de densidad. La densidad es una magnitud referida a la cantidad masa que se encuentra dentro de un cierto volumen. Esta es la relación entre el volumen que ocupa y la masa del mismo.

La densidad hace alusión al grado en que las partículas individuales de la materia se encuentran unidas o separadas. De tal modo que mientras más unidas se encuentren estas partículas, entonces más densa será la sustancia.

En segundo lugar, es necesario conocer otra propiedad física, el concepto de “ligereza”. Todos hemos notado que al sumergirnos en una piscina nos sentimos más livianos, y además, que hay algunos objetos que tienen la habilidad de flotar. Esta habilidad de flotar en un fluido se denomina “Fuerza ligera” y se encuentra estrechamente relacionada al concepto recién mencionado de la densidad.
 
Esta relación entre la fuerza ligera y la densidad se hace patente al sumergir objetos en algún fluido, como por ejemplo, en agua. Si el objeto sumergido en agua es menos denso que éste fluido, entonces flotará. Por el contrario, si es más denso que el agua o el fluido en el que está sumergido, entonces se hundirá. A modo de ejemplo es útil considerar un objeto de madera. La madera es menos densa que el agua, por eso puede flotar, mientras que un trozo de fierro, al ser más denso se hunde.

Al igual que pasaba con los aviones, los barcos flotan porque existe una fuerza (llamada Empuje) que les "empuja" hacia arriba evitando que se hundan.

El Empuje fue descubierto por Arquímedes, y viene a decir que un cuerpo sumergido en un fluido, sufre una fuerza en sentido ascendente igual al peso de la masa de fluido desplazada. Es decir, que el empuje es proporcional a cuanta agua desplacemos, o lo que es lo mismo, al volumen de agua que ha sido ocupado por nuestro barco.

Esto es muy fácil de entender. Piensa en un barco, el mismo es de hierro en su cobertura pero es hueco por dentro, está lleno de aire. El aire es varias veces menos denso que el agua.
Entonces un barco gigante construido de acero no cuenta solamente dentro de su volumen con acero, sino que también con aire, y la sustancia sobre la que se está ejerciendo la fuerza es sobre agua.

Los barcos flotan porque son menos densos que el agua...

Un objeto que está hueco tiene poca densidad, porque en su mayoría esta lleno de aire. Con el barco ocurre lo mismo, aunque sea de hierro flota en el agua a causa del aire que tiene dentro. En el caso de que se le haga un agujero en el casco, el agua entrará expulsando el aire hacia fuera, entonces la densidad de barco será mayor que la del agua y el barco se hundirá.

Cuando sumergimos un barco en el agua, éste desaloja una parte del volumen que antes ocupaba el fluido, empujándolo hacia fuera. Como consecuencia, el agua empuja al barco en todas las direcciones y perpendicular al casco, hacia dentro.
Es decir, existe una fuerza que empuja al barco de abajo hacia arriba haciéndolo flotar. Esto lo sabemos gracias al sabio Arquímedes quien hace dos mil años, señaló el principio de porqué los objetos flotan: "Cuando sumergimos un objeto en el agua éste flota por una fuerza igual al peso del líquido que desplaza."

Para llegar a esta conclusión el sabio se metió en una tina con agua y se dio cuenta que entre más se sumergía, más agua caía de la tina y más liviano se sentía, porque al meter algo en el agua, ésta sube de nivel y si el objeto es grande se derrama.Lo anterior se origina en que la presión del agua va aumentando conforme aumenta la profundidad. De modo que es mayor la presión en el fondo del barco que en las parte superiores.