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jueves, julio 27, 2006

Flotabilidad

Hace varios días que empecé a leer el libro El Quinto Día, de Frank Schätzing. Comienza con una serie de fenómenos inusuales en el mar, sin conexión aparente, distribuidos por todo el mundo. En una de las tramas iniciales (que luego convergen hacia... bueno, no, leed el libro), una petrolera noruega descubre una especie desconocida de gusano que habita en el lecho marino, y solicita la ayuda de un biólogo (también noruego) de renombre. En el libro explican que en determinados fondos marinos, se forma lo que se conoce como hidrato de metano, que explicado de forma simplificada, podríamos decir que es una mezcla entre metano y agua helada, a nivel químico. Es decir, no se trata simplemente de hielo con burbujas de gas metano en su interior, sino que cada molécula de metano se encuentra rodeada de una estructura cristalina de moléculas de agua. Este hidrato de metano, sólo es estable a temperaturas muy bajas y presiones muy altas (las condiciones del fondo del mar, vaya). Si por algún motivo, este material se desestabiliza y se libera el gas metano en grandes cantidades, éste ascendería hasta la superficie. Según el libro, la tensión superficial del agua disminuiría, provocando que un barco pierda su flotabilidad y se hunda como una piedra.

Bien, la explicación es correcta salvo en un detalle: la tensión superficial no interviene para nada en la flotabilidad de un barco. Ya hablé en otra ocasión sobre la tensión superficial, y expliqué que se trataba de un fenómeno producido por las fuerzas de cohesión entre las moléculas de agua, que hacían que la superficie de ésta se comportara como una película delgada y flexible. Pero en un barco, y en general, en cualquier objeto que flote manteniendo una parte sumergida, la tensión superficial no interviene para nada. El hecho de tener una parte sumergida indica que ha vencido esa tensión, rompiendo la superficie del agua. Estos objetos flotan debido al Principio de Arquímedes.

En el colegio nos enseñaron en qué consistía el principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido, experimenta un empuje vertical y hacia arriba, igual al peso del volumen del líquido que desaloja. Esto quiere decir algo muy fácil de entender. Si yo sumerjo un cuerpo (total o parcialmente) en un líquido (o en un gas), éste desplazará parte del líquido. ¿Cuánto? Pues exactamente el volumen correspondiente a la parte sumergida. Entonces el líquido empujará al cuerpo hacia arriba, con una fuerza igual al peso correspondiente a un volumen de líquido igual al volumen sumergido del cuerpo. Es decir, si yo meto un objeto en el agua, y la parte sumergida tiene un volumen de un litro, será empujado hacia arriba con una fuerza equivalente al peso de 1 l de agua, es decir 1 kgf (para los que no hayan leído el envío anterior, 1 kgf es la fuerza correspondiente al peso de un cuerpo de 1 kg de masa). Parece claro que a medida que un objeto se sumerje, el empuje debido al principio de arquímedes es mayor, dado que cada vez desaloja más volumen de líquido. Si llega un momento en el que el empuje iguala a la fuerza de gravedad, el cuerpo flotará. Si por el contrario, una vez esté completamente sumergido, el empuje es menor que la gravedad, se hundirá. Esto quiere decir que si una cantidad de líquido que ocupe el mismo volumen que todo el cuerpo, pesa más que éste, el cuerpo flota, y si no, se hunde. O dicho de otro modo, recordando que la densidad de un cuerpo es su masa dividida entre su volumen (d=m/v), si el objeto tiene más densidad que el líquido, se hundirá, y si tiene menos densidad, flotará.

Posiblemente una de las preguntas que todo niño hace tarde o temprano es ¿por qué flotan los barcos, si son de metal y el metal se hunde? La respuesta nos la da el principio de Arquímedes. Flota porque a pesar de todo, su densidad total es menor que la del agua. Un barco no es un bloque metálico macizo, sino que está hueco por dentro. De esta manera, su peso es inferior al de una cantidad igual de agua. Si densidad del barco varía, cargándolo o descargándolo (la masa total varía, pero el volumen sigue igual), el equilibio de flotabilidad en el que se encuentra, se rompe, y emergerá o se hundirá un poco, hasta que el peso del agua desalojada iguale al del barco. Pero si la densidad del agua varía, también se rompe el equilibio. ¿Cómo puede variar la densidad del agua? Pues alterando lo que tenga disuelto en ella. El agua de mar contiene sal, y es más densa que el agua dulce, por lo que la flotabilidad es mayor en el mar que en un río o en una piscina (haced la prueba estas vacaciones, si vais a la playa). Por el contrario, el agua con gas es menos densa, por lo que la flotabilidad es menor. En el caso concreto del libro, si se libera una gran cantidad de metano en el agua, la densidad del agua descenderá mucho, pudiendo llegar a ser inferior a la de un barco, provocando su hundimiento. De hecho, esta es una de las explicaciones que se da para las supuestas desapariciones de barcos en el famoso Triángulo de las Bermudas (que en realidad no fueron tantas, ni tan siquiera significativamente superiores a la media en otras regiones del mundo).

Es curioso que en un libro que explica bastante bien otras cosas (como el hidrato de metano, o la dinámica de un tsunami), se comenta un error con algo tan básico. No sé si sería un despiste del autor, o un fallo en la traducción.

14 comentarios:

  1. Y seguro que le echan la culpa al pobre gusano. Desde luego no hay derecho. Por cierto. Te recomiendo ver Superman Returns, que con las garrafadas de la capa no te vas a aburrir. XD

    Un Saludo
    P.D. Algun dia aportare algo interesante.

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  2. EStupenda la explicación de la "flotabilidad". El Principio de Arquímides y su famoso "Eureka!" fue una de las primeras cosas que aprendí por mi cuneta cunado era pequeño (leyendo alguna revista de tipo Muy Interesante). Le dió un toque de gusanillo al hecho científico.

    Coincido con el comentario anterior. A ver cuándo puedes ver "Superman Returns" para poder analizar la física del asunto.

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  3. Pues yo discrepo: buscar casos de mala ciencia en una película de superhéroes es demasiado fácil. Yo te reto a que encuentres casos de mala ciencia en la trilogía de Kim Stanley Robinson sobre Marte (Marte rojo, Marte verde y Marte azul). Son libros de ciencia fición así que seguro que hay casos de mala ciencia pero no va a ser fácil encontrarlos. Yo sólo me acuerdo de uno: "...superaba con creces la velocidad terminal" hablando sobre un objeto que caía hacia el suelo y no tenía ningún tipo de propulsor

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  4. Pero no me refiero al hecho superheróico de Superman, que eso entra dentro de la verosimilitud fílmica. Me refeiro a ejemplos de: Cómo saca al trozo de tierra del planeta ¿porque consique elevarlo a una altura mínima o porque le imprime una velocidad mayor que la de escape?. ¿Cuando cae a la tierra, cae con velocidad constante o uniformenente acelerado?. Ya comentaremos.

    Felicidades de nuevo por este blog! me estoy enganchando en él.

    Por cierto, hablando de flotabilidad, si ponemos un barco en la playa tb flota: porque la fuerza normal es = al peso del barco, nop?. Se fuera mayor se hundidiría en la arena ;-)

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  5. Muy interesante, como siempre.

    En cuanto al Triángulo de las Bermudas, pensaba que los sargazos tendrían algo que ver en la desaparición de barcos, y resulta que sí. Resulta que la descomposición de algas en el fondo marino es muy alta en esa zona, lo que genera gasas hidratados, como dice aquí.

    (N del T: en caso de que el link de arriba no esté bien, el autor del comentario, además de ser un zote en HTML, ni siquiera sabe cortar y pegar), y eso que se lo habíamos advertido.

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  6. Numerosos de los casos de desapariciones "reportados" en el triángulo de las bermudas ni siquiera sucedieron en el triàngulo de las bermudas. Varios de los barcos que se reportaron hundidos en diversos puntos del planeta como el oceano pacífico o incluso en las costas de áfrica fueron puestos mágicamente como perdidos en el triángulo de las bermudas por Charles Berlitz que recurriendo a algunas desapariciones en el susodicho triángulo, trató de engordar el misterio hundiendo en el lugar barcos que ni siquiera pasaron por ahí en toda su existencia.

    De cualquier manera, excelente post, como siempre

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  7. Ahota que lo mencionas, recuerdo haber leido 'El triángulo de las Bermudas' de Berlitz en mis años mozos, cuando me sentía atraído por los temas esotéricos, y leí 'Receurdos del pasado' y 'Regreso a la estrellas' de von Däniken. A J.J. Benitez, Jiménez del Oso y al Dr. Rosado (os acordáis de él?) nunca los he soportado; como a Iker Jiménez ahora, más o menos. Afortunadamente es un libro cuyos detalles se han borrado de mi memoria.

    Calculo que habré volad a Miami unas 15 veces y el avión, casi siempre ha evitado pasar por el famoso triángulo. Normalmente ha entrado por la península del Labrador y seguido la ruta por la costa hacia el Sur. Pero alguna vez sí he pasado por encima de Bermuda y las Bahamas y recurdo los movimientos de avión y al comandante diciendo que habñia turbulencias. Me resulta difícil saber cuál es el camino más corto entre Madris, Londres, Frankfurt o Bruselas y Miami, pero es posible que estas 'turbulencias' sean en parte responsables de la fama del Triángulo de las Bermudas. Al fin y al cabo, casi todos los huracanes que azotan el Sureste de los EEUU se generan o pasan por ahí.

    Por cierto, cuando Wilma asoló el año pasado el Yucatán y se dirigía a Miami, yo estaba allí (en Miami). Adelantamos un par e días un viaje que tenñiamos previsto a Boston, lo cual debió mosquear a las autoridades, porque me cachearon en cada conrol y me destrozaron la maleta, ¡Y la c... de Wilma me siguió hasta Boston!, donde se disolvió.

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  8. Berlitz fue, precisamente, el autor que me introdujo en Bermudas OVNIs y demas, por lo que -supongoque por eso- tengo predisposicion a creer en ello. No obstante, me encataria alguna buena dosis de ciencia de la buena sobre algunos d elos 'misterios' clasicos no solo de Bermuda, sino tambien de OVNIs y similares :P

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  9. Aún no te han dicho que el 95% son aviones? Y el otro 5%... aviones que los yankis no reconocen tener xD.
    Nueva entrada: Los OVNIS y la conspiranoia. ¡Si es que el gobierno tiene que estar implicado!

    Otro día escribo más chorradas, que ahora me tengo que marchar.

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  10. Estos temas se suelen tratar en magonia, que es donde también te lleva el enlace de Charles Berlitz de Mytho.

    Si funciona el link que he puesto (ya advertía el traductor que yo de esto NPI), dos artículos por debajo del último habla de La esencia del fenómeno ovni.

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  11. Yo te reto a que encuentres casos de mala ciencia en la trilogía de Kim Stanley Robinson sobre Marte

    Un reto difícil de cumplir. Tendría que releerme los libros, ya no recuerdo nada que me llamara especialmente la atención. (bueno, la forma en la que cae en ascensor espacial, me hizo darle vueltas a la cabeza, pero no llegué a ninguna conclusión). Y son tres libros bastante espesos. Ni siquiera recuerdo lo de la caída a velocidad mayor que la terminal, lo cual no desde luego es posible (en caída libre). ¿En qué momento ocurre?

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  12. En el tercer libro, página 495 (de la edidión que yo tengo, pero probablemente esté cerca en otras ediciones). Zo vuelve de un viaje por Mercurio (creo) y tiene ganas de relajarse volando un poco, se pone un traje de pájaro de esos y vuela un rato cerca del acantilado (como se llamaba esa ciudad en el acantilado?). Cuando está describiendo sus acrobacias pone esa frase (no tengo el libro a mano para ponerla exactamente). Yo supongo que se refiere a que en ese picado precisamente se pone de una forma más aerodinámina para poder cojer más velocidad que antes, pasando su anterior velocidad terminal (la que tendría si estuviera en una posición más convencional). Tal vez sean cosas de la traducción y en la versión original lo esplicaba bien (tal vez siempre le echamos las culpas a la traducción)

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  13. Ya me sitúo. Me reeleré ese trozo.

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  14. El Qinto Dia es una novela para leer en vacaciones, no trata, posiblemente, de ser "ciencia-ficción" está aceptablemente documentada y mencionba -como en el caso de la asociación del metano con el agua marina- hechos poco conocidos por personas que no pertenecen al mundo de las ciencias físicas.El libro es un mamotreto que se deja leer.

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