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Todos los líquidos son fluidos, pero curiosamente, no todos los líquidos son líquidos. Cualquier cosa que pueda fluir, como un gas, es un fluido y puede crear una fuerza de flotación. La flotabilidad se produce cuando las áreas de mayor presión debajo de un objeto ejercen fuerza hacia arriba hacia las áreas de menor presión. Sin embargo, la cantidad de fuerza de flotación que ejerce un fluido está determinada por el volumen de los objetos y de acuerdo con el principio de Arquímedes.
Pascal y Presión
Antes de que pueda comprender cómo las diferencias en la presión de los fluidos pueden afectar la flotabilidad, primero debe comprender cómo se comporta la presión en los fluidos. El principio de Pascal dice que cuando se cambia la presión en cualquier lugar dentro de un sistema cerrado, ese cambio de presión se sentirá igualmente en cada punto dentro de ese sistema y en todas las direcciones. Este principio es el que permite que funcionen los sistemas hidráulicos. También dicta que dentro de un cuerpo de fluido donde no hay factores adicionales que afecten la presión, la presión se mantendrá constante y uniforme. En la Tierra, sin embargo, generalmente hay al menos otra fuerza que causa una variación en la presión de un fluido, y esa fuerza es la gravedad.
Profundidad y diferencia
La gravedad tira hacia abajo de todo lo que tiene masa. Por lo tanto, cuando la gravedad tira hacia abajo sobre un cuerpo de fluido, el peso del fluido en las partes superiores del cuerpo se acumula sobre el fluido en las partes inferiores, creando un grado de presión creciente a medida que se mueve hacia abajo dentro de ese fluido. Por ejemplo, si bucea profundamente en un lago, sentirá una presión creciente en sus oídos, y tal vez incluso contra su cuerpo, cuanto más profundo bucee. Si deja de nadar hacia abajo, la presión más alta debajo de usted lo empujará hacia el área de presión más baja. De esta manera, la gravedad ha creado una dinámica de presión que dicta que siempre habrá una mayor presión debajo de un objeto sumergido que por encima de él.
Arquímedes y cantidad
El filósofo y matemático griego Arquímedes llevó esta comprensión de la presión un paso más allá y entendió por qué un fluido aplica una cierta cantidad de fuerza hacia arriba a un objeto y hace que se eleve y flote o que se hunda. Determinó que la fuerza hacia arriba era igual al peso del agua desplazada por el objeto sumergido. Por ejemplo, el agua pesa un gramo por centímetro cúbico. Si sumerges una bola con un volumen de 25 centímetros cúbicos, habrás desplazado 25 gramos de agua. Por lo tanto, la fuerza de flotación resultante sobre esa bola será de 25 Newtons (los Newtons son unidades que miden la fuerza). Sin embargo, esta fuerza de flotación siempre se basa en la masa del agua desplazada y no en la masa del objeto.
Densidad como decisivo
La densidad es en última instancia el factor que determina si un objeto flotará, se hundirá o permanecerá neutralmente flotante en un fluido. Por ejemplo, si esa bola de 25 centímetros cúbicos es hueca y está llena de aire, será más liviana que los 25 gramos de agua que ha desplazado y flotará. Si la bola está hecha de un material más denso, como el hierro, podría ser mucho más pesado y hundirse rápidamente en el fondo del cuerpo de agua. Sin embargo, si sumerge una bola que pesa exactamente 25 gramos, la fuerza de flotación no la conducirá a la superficie, sino que simplemente evitará que se hunda. Esta bola permanecerá neutralmente flotante en el cuerpo del fluido hasta que una fuerza externa actúe sobre ella.