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.