Fórmula de la fuerza de flotación

En física, la fuerza de flotación (pronunciado /ˈbɔɪ.ənsi/) es una fuerza sobre un objeto que hace que éste se eleve o se mueva hacia arriba. Viene de la palabra española para “flotar”, boyar. La flotabilidad se produce por la diferencia de presión ejercida sobre el objeto por el Fluido o el aire en el que se encuentra el objeto.

La fuerza neta de flotación hacia arriba es igual a la magnitud del peso del fluido que es desplazado por el cuerpo. Esta fuerza permite que el objeto flote o, al menos, que parezca más ligero. La flotabilidad es importante para muchos vehículos como barcos, buques, globos y dirigibles.

Si el objeto tiene una densidad media inferior a la del líquido, su flotabilidad es mayor que su peso. Por eso, aunque un barco esté hecho de acero, que es más denso que el agua, flota porque encierra un volumen de aire y la forma resultante tiene una densidad media menor que la del agua.

Actividades de flotación para alumnos de primaria

¿Por qué un barco pesado flota mientras una roca pequeña se hunde? ¿Se hundiría una boya si un elefante se sentara sobre ella? A veces los objetos se hunden porque son pesados, pero otras veces es porque son flotantes. Este experimento de flotabilidad para niños te ayuda a explicar por qué.

El montaje es sencillo. Empieza con un jarrón alto y transparente con agua y una pequeña colección de cítricos, como las mandarinas Wonderful Halos. Son un gran bocado para la hora de la merienda y pueden incluirse en proyectos científicos creativos para enseñar a los niños que merendar de forma saludable es divertido. Además, las Wonderful Halos son dulces, sin semillas y fáciles de pelar, ¡perfectas para niños y adultos!

Hace un tiempo preparamos un experimento con huevos flotantes para explorar la flotabilidad desde un ángulo diferente.  Una vez que hayas terminado de explorar el experimento de flotación en esta página, echa un vistazo al experimento del huevo flotante. Sólo necesitarás un huevo, agua y unas cuantas tazas de sal.

Imagina que intentas empujar una pelota de playa en una piscina de agua. ¿Qué ocurre? Sentirás la resistencia del agua, ¿verdad? Esta fuerza ascendente empuja desde el agua hacia la pelota. Ahora bien, si dejas caer un objeto como una piedra en el agua y se hunde, la gravedad entra en juego. En este caso, la fuerza descendente de la gravedad es mayor que la fuerza ascendente del agua. Si la fuerza ascendente del agua es mayor que la fuerza descendente del objeto, éste flotará.

Enseñanza de la densidad y la flotabilidad

La flotabilidad es la fuerza ascendente sobre un objeto que se produce por un gas o líquido circundante, como el agua. Encontrarás una frase similar a ésta en muchos libros de texto de ciencias. Pero, ¿qué significa realmente -el agua produce una fuerza ascendente-? La mayoría de los alumnos probablemente leerán una frase como ésta y seguirán adelante sin detenerse a pensar en ella. A continuación te proponemos una actividad para dar vida a la frase y al concepto de flotabilidad:

Para prepararla, desafía a los alumnos por parejas a participar en un juego amistoso de lucha de brazos. A continuación, discute la experiencia. ¿Sintieron los alumnos la fuerza de su oponente que empujaba contra sus propios esfuerzos? A continuación, rete a los alumnos a sumergir una pelota de playa en una bañera o fregadero con agua y describa cómo se compara esa experiencia con la lucha de brazos. Hablando por experiencia personal, puede ser un verdadero reto. Sin duda, los alumnos deben sentir la fuerza del agua que empuja hacia arriba la pelota, al igual que sintieron la fuerza de su oponente en la lucha de brazos. Sí, el agua ejerce una fuerza ascendente.

La flotabilidad del agua está relacionada con el hundimiento y la flotación, un fenómeno con el que tus alumnos probablemente estén familiarizados. Cuando la fuerza descendente de la gravedad es mayor que la fuerza ascendente de un líquido, un objeto se hunde; de lo contrario, flota. Muchos libros de ciencias de secundaria exploran este concepto en términos de densidad: Los objetos que son menos densos que el agua flotan; otros objetos se hunden.

Cómo funciona la flotabilidad

Por ejemplo, si tienes una taza de gominolas y otra de malvaviscos, las gominolas tienen más masa porque hay más “cosas” compactadas en la taza. Los malvaviscos tienen menos masa porque las moléculas de los malvaviscos NO están juntas. Los malvaviscos son en su mayoría aire.

Si pones cada una de esas tazas en el microondas para derretir las gominolas y los malvaviscos, las moléculas de azúcar y agua que componen las gominolas casi llenarían la taza hasta arriba. Las moléculas de azúcar y agua que componen los malvaviscos sólo llenarían un poco la taza porque los malvaviscos tienen menos masa, están hechos principalmente de aire. Los materiales con más densidad pesan más. Una taza de gominolas pesa más que una taza de malvaviscos.

Llena un vaso transparente con agua y echa cinco pasas. Llena otro vaso transparente con un refresco claro, como Sprite o 7up. Deja caer cinco pasas. ¿Qué ocurre cuando se echan las pasas? ¿Qué sucede con las pasas en cada vaso? ¿Puedes adivinar por qué las pasas se comportan de forma diferente?